OPTIMIZACIÓN Y MEJORA DEL CONTROL
DE LA PROYECCIÓN DE MORTERO EN
LABORATORIO
Trabajo realizado por:
Sergio Ramírez Luque
Dirigido por:
Ignacio Segura Pérez
Miguel Cano Escario
Máster en:
Ingeniería Estructural y de la Construcción
Barcelona, Julio de 2020
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental.
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TESIS DE MÁSTER
Máster
Ingeniería Estructural y de la Construcción
Título
OPTIMIZACIÓN Y MEJORA DEL CONTROL DE LA PROYECCIÓN DE MORTERO EN LABORATORIO
Autor
Sergio Ramírez Luque
Tutores
Ignacio Segura Pérez
Miguel Cano Escario
Departamento
Ingeniería Civil y Ambiental
Fecha Julio 2020
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar, quisiera agradecer a mi tutor y profesor Ignacio Segura por la
oportunidad que me ha dado, tanto de realizar la presente tesis como de formar parte
del departamento de Ingeniería Civil y Ambiental durante mi periodo de trabajo en la
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).
Quiero agradecer también a los técnicos de laboratorio Robert Michael Mc-
Aloon y Jordi Cabrerizo por ayudarme durante la campaña experimental desarrollada en
la tesis, así como por sus sabios consejos y su apoyo. También dar las gracias al Dr.
Francisco Mena Sebastia por todo lo que me ha enseñado durante mi periodo en la UPC.
Por último y más importante, agradecer a toda mi familia por su apoyo
incondicional, en especial a mi madre, a mi padre y a mi tío. También quisiera agradecer
a esa persona especial que he conocido y me ha acompañado durante la presente tesis,
por empujarme a superar mis limites cada día y apoyarme en los momentos difíciles,
gracias Camilla.
Resumen I
RESUMEN
El gunitado o proyección es una técnica de fabricación muy importante en la
ingeniera y la construcción civil ya que presenta múltiples aplicaciones prácticas y una
puesta en servicio muy interesante y eficaz para alguna de sus aplicaciones. El desarrollo
de las propiedades mecánicas del hormigón o mortero proyectado para su aplicación se
dan, principalmente, debido al uso de aditivos acelerantes del fraguado, empleándose
aditivos acelerantes ricos en álcalis (basados en aluminatos o en silicatos) y libres de
álcalis.
La sustitución de los aditivos acelerantes del fraguado ricos en álcalis por aditivos
libres de álcalis es muy importante, debido a que los aditivos ricos en álcali presentan
un pH muy alcalino que los hace muy peligrosos desde el punto de vista ambiental y
desde el punto de vista de los operarios que ponen en servicio el material. La sustitución
de un tipo de aditivo por otro debe realizarse asegurando que las propiedades
mecánicas obtenidas mediante el uso de aditivos acelerantes del fraguado libres de
álcalis son similares a las obtenidas empleando aditivos ricos en álcali. Además, es
necesario verificar como el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado afecta a las
propiedades mecánicas del material resultante. La presente tesis incluye la
caracterización de dos aditivos acelerantes del fraguado libres de álcali en dos
porcentajes distintos cada uno y la caracterización de un aditivo ricos álcalis.
El estudio del comportamiento del hormigón o mortero proyectado empleando
aditivos acelerantes del fraguado debe realizarse en laboratorio, pudiendo de esta
manera controlar todos los parámetros del proceso de proyección. Para ello es
necesario dispones de un sistema de proyección capaz de simular las condiciones reales
de operación, así como tener un control muy preciso de las distintas variables. Una de
las variables más importantes a controlar es la dosificación del aditivo acelerante del
fraguado, para ello es necesario implementar una serie de mejoras en el actual sistema
de proyección existente en el Laboratorio de Tecnología de Estructuras, Materiales y
Construcción (LATEM) de la UPC. Mediante estas modificaciones se consigue optimizar
y mejorar el control de las proyecciones de mortero.
Una vez realizadas las modificaciones en el sistema de proyección se realiza el
estudio y optimización de la dosificación de mortero. La dosificación de mortero
empleada tiene gran importancia ya que afecta a su comportamiento en estado fresco
y por lo tanto a la capacidad de bombeo de la mezcla, siendo necesario optimizarla
empleando la menor relación a/c posible. Mediante la reducción en la relación a/c, se
consigue estudiar una dosificación estándar empleada en la puesta en servicio real del
material. La optimización de la dosificación empleada se realizar a través del estudio del
comportamiento reológico de la dosificación seleccionada. Todos estos aspectos han
sido investigados y desarrollados en la presente tesis a través del estudio de la
bibliografía disponible y de la realización de la campaña experimental descrita.
II Abstract
ABSTRACT
Gunite and spraying are essential manufacturing techniques in the field of
engineering and civil construction since they present multiple practical applications and
very interesting and useful uses. The development of the mechanical properties of the
sprayed concrete or sprayed mortar for their applications is, mainly, due to the use of
setting accelerating additives, both the alkali rich and alkali free ones.
The study of the behaviour of the sprayed concrete or sprayed mortar using
acceleration setting additives should be carried out in a laboratory, being able to control
all the parameters of the spraying process. Because of that, a spraying system able to
simulate the real operating conditions is fundamental, as well as having a very precise
control of the different variables. One of the most critical variables to be controlled is
the dosage of the setting accelerator, being necessary to implement a series of
improvements in the current spraying system in the LATEM. These modifications
optimize and improve the control of the mortar projections.
Once modifications have been made to the spraying system, the study and the
optimization of the mortar dosage are carried out. The adopted mortar dosage is a
crucial aspect since it affects its behaviour in the fresh state and, therefore, the pumping
capacity of the mixture, being necessary to optimize it using the lowest possible a/c
ratio. By reducing the a / c ratio, it is possible to study a standard dosage used in the
actual commissioning of the material. The optimization of the dosage adopted will be
carried out through the analysis of the rheological behaviour of the selected dosage. All
these aspects have been intensely investigated in this thesis through laboratory tests
and a detailed literature review.
Índice III
ÍNDICE
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 1
1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 1
1.2. RAZÓN DE SER ............................................................................................................................. 2
1.3. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 3
1.4. METODOLOGÍA ........................................................................................................................... 4
CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................................... 6
2.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 6
2.2. HISTORIA DEL HORMIGÓN PROYECTADO ................................................................................... 6
2.3. SISTEMAS DE PROYECCIÓN ......................................................................................................... 9
2.4. PROPIEDADES HORMIGÓN PROYECTADO ................................................................................ 16
2.5. APLICACIONES ........................................................................................................................... 17
2.6. COMPONENTES HORMIGÓN PROYECTADO ............................................................................. 19
2.6.1. Cemento ........................................................................................................................... 20
2.6.2. Áridos ............................................................................................................................... 26
2.6.3. Relación a/c ...................................................................................................................... 28
2.6.4. Aditivos ............................................................................................................................. 30
2.7. ADITIVOS ACELERANTES DEL FRAGUADO ................................................................................. 35
2.8. COMPORTAMIENTO REOLÓGICO MORTERO Y HORMIGÓN ..................................................... 38
2.8.1. Fundamentos Reología ..................................................................................................... 38
2.8.2. Factores Influyen en la Reología ...................................................................................... 42
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA ...................................................................................................................... 47
3.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 47
3.2. SISTEMA DE PROYECCIÓN A PEQUEÑA ESCALA ........................................................................ 47
3.3. IMPLEMENTACIÓN DE MEJORAS SISTEMA DE PROYECCIÓN .................................................... 52
3.3.1. Bomba de Aditivo ............................................................................................................. 52
3.3.2. Caudalímetro .................................................................................................................... 55
3.3.3. Verificación Sistema Implementado ................................................................................ 56
3.4. CAMPAÑA EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 57
3.4.1. Definición Campaña Experimental ................................................................................... 57
3.4.2. Dosificación Mortero Base ............................................................................................... 59
3.4.3. Dosificación Aditivo Acelerante del Fraguado.................................................................. 64
3.5. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN ............................................................................................... 66
3.5.1. Caracterización Comportamiento Reológico ................................................................... 66
3.5.2. Caracterización Proceso de Hidratación .......................................................................... 70
3.5.3. Caracterización Mecánica ................................................................................................ 72
3.5.4. Caracterización Física ....................................................................................................... 81
IV Índice
CAPÍTULO 4. RESULTADOS ......................................................................................................................... 83
4.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 83
4.2. COMPORTAMIENTO REOLOGICO ............................................................................................. 83
4.3. CARACTERIZACIÓN PROCESO HIDRATACIÓN ............................................................................ 89
4.3.1. Ensayo Calorimetrías ........................................................................................................ 89
4.3.2. Control Temperatura........................................................................................................ 92
4.4. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA ................................................................................................. 94
4.4.1. Resistencia a la Penetración ............................................................................................. 94
4.4.2. Resistencia a Compresión Indirecta ................................................................................. 95
4.4.3. Velocidad de Pulso Ultrasónico ........................................................................................ 96
4.4.4. Resistencia a Compresión ................................................................................................ 98
4.4.5. Resistencia a Compresión Probetas Control .................................................................... 99
4.4.6. Resistencia a Flexión Probetas de Control ..................................................................... 100
4.5. CARACTERIZACIÓN FÍSICA ....................................................................................................... 101
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 106
5.1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 106
5.1.1. Conclusiones .................................................................................................................. 106
5.1.2. Futuras Líneas de Investigación ..................................................................................... 108
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................... 109
ANEJO A. TABLAS RESULTADOS ................................................................................................................ 112
Índice de Figuras V
ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1. Proyección hormigón en sustentación de túnel. ........................................................................ 1
Figura 1.2. Diagrama objetivos tesis. ............................................................................................................ 4
Figura 1.3. Diagrama metodología. .............................................................................................................. 5
Figura 2.1. Sistema de proyección desarrollado por Carl Ethan Akeley. ...................................................... 7
Figura 2.2. Evolución histórica hormigón proyectado. ................................................................................. 9
Figura 2.3. Boquilla proyección vía seca. .................................................................................................... 10
Figura 2.4. Proyección vía seca mediante flujo diluido. ............................................................................. 11
Figura 2.5. Proyección vía húmeda mediante flujo denso. ........................................................................ 12
Figura 2.6. Proyección vía semi-húmeda. ................................................................................................... 13
Figura 2.7. Aplicación hormigón proyectado en sustentación. .................................................................. 18
Figura 2.8. Aplicación hormigón proyectado en túneles. ........................................................................... 19
Figura 2.9. Refuerzo de estructura mediante hormigón proyectado. ........................................................ 19
Figura 2.10. Proceso de hidratación cemento Portland. Curva calor-Tiempo (14). ................................... 23
Figura 2.11. SEM cristales de CH (18). ........................................................................................................ 25
Figura 2.12. SEM Cristales CH y CSH (18). .................................................................................................. 25
Figura 2.13. SEM Cristales Aft y Afm (18). .................................................................................................. 26
Figura 2.14. Tamices ensayo granulometría. .............................................................................................. 26
Figura 2.15. Ejemplo de curva granulométrica. .......................................................................................... 27
Figura 2.16. Curva granulométrica de máxima compacidad de Fuller. ...................................................... 27
Figura 2.17. Asentamiento mediante cono de Abrams. ............................................................................. 29
Figura 2.18. Variación de la resistencia a compresión en función de la a/c. .............................................. 29
Figura 2.19. Evolución de la resistencia a compresión a lo largo del tiempo. ............................................ 30
Figura 2.20. Efecto plastificante y superplastificante. ................................................................................ 33
Figura 2.21. Cono de Marsh. ...................................................................................................................... 34
Figura 2.22. Gráfica modelo ensayo cono de Marsh. ................................................................................. 35
Figura 2.23. Influencia de los aditivos acelerantes del fraguado en la resistencia a compresión. ............. 35
Figura 2.24. Rango pH aditivos acelerantes del fraguado y de seguridad. ................................................. 36
Figura 2.25. Modelo de placas paralelas (29). ............................................................................................ 39
Figura 2.26. Curva de flujo en fluidos newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos newtonianos
(b). .............................................................................................................................................................. 39
Figura 2.27. Curva de flujo en fluidos tipo Bingham (a). Curva viscosidad plástica en fluidos tipo Bingham
(b). .............................................................................................................................................................. 40
Figura 2.28. Curva de flujo en fluidos no newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos no
newtonianos (b). ........................................................................................................................................ 41
Figura 2.29. Variación esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica con la relación a/c (variación (29))
.................................................................................................................................................................... 42
Figura 2.30. Influencia superficie especifica Blaine en la resistencia al flujo (29). ..................................... 43
Figura 2.31. Efecto porcentaje aditivo superplastificante en los parámetros reológicos. ......................... 44
Figura 2.32. Efecto de la cantidad y forma de las partículas de árido en los parámetros reológicos. ....... 45
Figura 3.1. Montaje sistema de proyección (31). ....................................................................................... 48
VI Índice de Figuras
Figura 3.2. Bomba aditivo acelerante del fraguado Wilden P.025 (a). Funcionamiento bomba de
diafragma o membrana (b). ....................................................................................................................... 48
Figura 3.3. Detalle montaje bomba aditivo acelerante del fraguado. ........................................................ 49
Figura 3.4.Caudalímetro Omega FPD3002 (a). Funcionamiento caudalímetro (b). ................................... 49
Figura 3.5. Detalle montaje caudalímetro. ................................................................................................. 50
Figura 3.6. Bomba de mortero UP Pictor (a). Compresor modelo B2800B/30 (b). .................................... 50
Figura 3.7. Boquilla de proyección (31)(a). Detalle montaje punta boquilla (b). ....................................... 51
Figura 3.8. Manguera transporte de mortero. ........................................................................................... 51
Figura 3.9. Variador de frecuencia SK 500E. ............................................................................................... 53
Figura 3.10. Bomba NEMO NM008BY03S12B. ........................................................................................... 54
Figura 3.11. Detalle rotor y estator bomba NEMO NM008BY03S12B........................................................ 54
Figura 3.12. Relación caudal-velocidad de giro bomba NEMO NM008BY03S12B. .................................... 55
Figura 3.13. Caudalímetro Promag H 300, 5H3B02, DN02 1/12. ............................................................... 56
Figura 3.14. Montaje final sistema bomba aditivo-caudalímetro. ............................................................. 56
Figura 3.15. Árido observado mediante microscopía óptica. ..................................................................... 62
Figura 3.16. Curva granulométrica árido 0/2. ............................................................................................ 62
Figura 3.17. Humedad del árido 0/2. .......................................................................................................... 63
Figura 3.18. Mesa de sacudidas.................................................................................................................. 68
Figura 3.19. Viscosímetro el modelo BML Viscometer 3 (33). ................................................................... 69
Figura 3.20. Calorímetro I-Cal 4000. ........................................................................................................... 70
Figura 3.21. Equipo medición temperatura y termopar tipo K. ................................................................. 71
Figura 3.22. Geometría artesa metálica y colocación termopares. ............................................................ 72
Figura 3.23. Artesas rectangular lados rectos. ........................................................................................... 73
Figura 3.24. Artesa rectangular lados laterales inclinados 135o. ................................................................ 73
Figura 3.25. Set up ensayo de resistencia a la penetración. ...................................................................... 74
Figura 3 26. División en sectores artesa rectangular. ................................................................................. 74
Figura 3.27. Gráfica resistencia a la penetración frente a edad de ensayo ................................................ 75
Figura 3.28. Equipo ensayo resistencia a compresión indirecta. ............................................................... 76
Figura 3.29. Superficie de mortero ensayada. ............................................................................................ 76
Figura 3.30. Relación entre resistencia a compresión y profundidad. ....................................................... 77
Figura 3.31. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,575in<X<0,730in. ........................ 78
Figura 3.32. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,735inX≤0,990in. .......................... 78
Figura 3.33. Colocación palpadores transmisión directa (a). Equipo Proceq Pundit PL-200 (b). ............... 79
Figura 3.34. Gráfica obtenida directamente del equipo de ensayos antes del tratamiento. ..................... 79
Figura 3.35. Artesa y testigo extraído para ensayo de compresión. .......................................................... 80
Figura 3.36. Probetas moldeadas 160x160x40mm (a). Configuración ensayo flexión (b). ........................ 81
Figura 4.1. Resultados ensayo mesa de sacudidas. .................................................................................... 84
Figura 4.2. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,51. ....................................................................... 85
Figura 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,46. ....................................................................... 86
Figura 4.4. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42. ....................................................................... 87
Figura 4.5. Evolución esfuerzo umbral de corte. ........................................................................................ 88
Figura 4.6. Evolución viscosidad plástica. ................................................................................................... 88
Figura 4.7. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h. ................................... 91
Figura 4.8. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-30min. ............................... 91
Índice de Figuras VII
Figura 4.9. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h. ................................... 91
Figura 4.10. Resultados temperatura 0-48 h. ............................................................................................. 93
Figura 4.11. Resultados temperatura 0-12 h. ............................................................................................. 93
Figura 4.12. Comparación resultados temperatura entre los distintos termopares colocados en la artesa.
.................................................................................................................................................................... 94
Figura 4.13. Resultados ensayo de penetración. ........................................................................................ 95
Figura 4.14. Resultados ensayos de resistencia a compresión indirecta. .................................................. 96
Figura 4.15. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico testigos. .................................................. 97
Figura 4.16. Resultados ensayo resistencia a compresión testigos. ........................................................... 99
Figura 4.17. Resultados ensayo resistencia a compresión probetas de control. ..................................... 100
Figura 4.18. Resultado ensayo de resistencia a flexión probetas de control. .......................................... 101
Figura 4.19. Resultados absorción testigos. ............................................................................................. 103
Figura 4.20. Resultados densidad testigos. .............................................................................................. 103
Figura 4.21. Resultados porosidad testigos. ............................................................................................. 104
Figura 4.22. Resultados absorción probetas control. ............................................................................... 104
Figura 4.23. Resultados porosidad probetas control. .............................................................................. 105
Figura 4.24. Resultados densidad probetas control. ................................................................................ 105
VIII Índice de Tablas
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Comparación vía seca-vía húmeda. ........................................................................................... 15
Tabla 2.2. Ventajas y desventajas flujo diluido en vía húmeda. ................................................................. 15
Tabla 2.3. Ventajas y desventajas flujo denso en vía húmeda. .................................................................. 15
Tabla 2.4. Porcentaje de rebote en función de superficie y vía empleada (8). .......................................... 17
Tabla 2.5. Componentes del crudo (% en peso). ........................................................................................ 20
Tabla 2.6. Composición química clínker cemento Portland (14). ............................................................... 21
Tabla 2.7. Fases hidratadas cemento Portland. ......................................................................................... 24
Tabla 2.8. Propiedades principales aditivos acelerantes del fraguado (14). .............................................. 36
Tabla 2.9. Reacciones al emplear aditivos acelerantes del fraguado (14). ................................................. 37
Tabla 2.10. Valores superficie específica Blaine distintos tipos cementos fabricante Cimens Molins
(Cataluña). .................................................................................................................................................. 43
Tabla 2.11. Factores que influyen al comportamiento reológico de materiales cementantes (29)........... 46
Tabla 3.1. Número, aditivo y concentración en cada una de las proyecciones. ......................................... 57
Tabla 3.2. Planificación y ejecución proyecciones. ..................................................................................... 58
Tabla 3.3. Planificación ensayos caracterización. ....................................................................................... 58
Tabla 3.4. Dosificación base. ...................................................................................................................... 59
Tabla 3.5. Dosificación empleada en la campaña experimental. ............................................................... 59
Tabla 3.6. Características árido 0/2. ........................................................................................................... 61
Tabla 3.7. Valores medios granulometría del árido 0/2. ............................................................................ 62
Tabla 3.8. Proceso de fabricación mortero base. ....................................................................................... 63
Tabla 3.9. Porcentaje dosificación aditivo acelerante del fraguado. .......................................................... 64
Tabla 3.10. Características físicas y químicas aditivos acelerantes del fraguado. ...................................... 64
Tabla 3.11. Caudal aditivo acelerante del fraguado. .................................................................................. 66
Tabla 3.12. Dosificación empleada ensayo consistencia. ........................................................................... 67
Tabla 3.13. Consistencia ensayo mesa de sacudidas (32). ......................................................................... 67
Tabla 3.14. Dosificación 1 ensayo viscosímetro. ........................................................................................ 69
Tabla 3.15. Dosificación 2 ensayo viscosímetro. ........................................................................................ 69
Tabla 3.16. Dosificación 3 ensayo viscosímetro. ........................................................................................ 69
Tabla 3.17. Edad de ensayo resistencia a la penetración. .......................................................................... 75
Tabla 3.18. Edad de ensayo resistencia a compresión indirecta. ............................................................... 77
Tabla 4.1. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,51. ........................................................................... 85
Tabla 4.2. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,46. ........................................................................... 86
Tabla 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42. ........................................................................ 87
Tabla 4.4. Temperatura máxima y tiempo para cada dosificación. ............................................................ 93
Tabla 4.5. Tiempo final de fraguado para cada dosificación. ..................................................................... 95
Tabla 4.6. Resultados densidad en fresco mortero base para cada una de las mezclas estudiadas. ....... 100
Tabla A.1. Resultados viscosímetro dosificación 1. .................................................................................. 113
Tabla A.2. Resultados viscosímetro dosificación 2. .................................................................................. 114
Tabla A.3. Resultados viscosímetro dosificación 3. .................................................................................. 115
Tabla A.4. Resultados flujo calor normalizado ensayo de calorimetrías. ................................................. 116
Tabla A.5. Resultado ensayo resistencia a compresión indirecta. ........................................................... 116
Índice de Tablas IX
Tabla A.6. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_5. ....................................... 116
Tabla A.7. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_7. ....................................... 117
Tabla A.8. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_5. ....................................... 117
Tabla A.9 Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_7. ........................................ 117
Tabla A.10. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AR-1_3. ....................................... 118
Tabla A.11. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_5. .................................. 118
Tabla A.12. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_7. .................................. 118
Tabla A.13. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-2_5. .................................. 119
Tabla A.14. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-2_7. .................................. 119
Tabla A.15. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AR-1_3. .................................... 119
Tabla A.16. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_5. ......................... 120
Tabla A.17. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_7. ......................... 120
Tabla A.18. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-2_5. ......................... 120
Tabla A.19. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-2_7. ......................... 120
Tabla A.20. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AR-1_3. ........................... 121
Tabla A.21. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_5. ................................. 121
Tabla A.22. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_7. ................................. 121
Tabla A.23- Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_5. ................................. 121
Tabla A.24. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_7. ................................. 122
Tabla A.25. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AR-1_3. ................................... 122
Tabla A.26. Resultado absorción CEMI_AKF-1_5. .................................................................................... 122
Tabla A.27. Resultado absorción CEMI_AKF-1_7. .................................................................................... 122
Tabla A.28. Resultado absorción CEMI_AKF-2_5. .................................................................................... 123
Tabla A.29. Resultado absorción CEMI_AKF-2_7. .................................................................................... 123
Tabla A.30. Resultado absorción CEMI_AR-1_3. ...................................................................................... 123
Tabla A.31. Resultado densidad CEMI_AKF-1_5....................................................................................... 124
Tabla A.32. Resultado densidad CEMI_AKF-1_7....................................................................................... 124
Tabla A.33. Resultado densidad CEMI_AKF-2_5....................................................................................... 124
Tabla A.34. Resultado densidad CEMI_AKF-2_7....................................................................................... 125
Tabla A.35. Resultado densidad CEMI_AR-1_3. ....................................................................................... 125
Tabla A.36. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5. .................................................................................... 125
Tabla A.37. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_7. .................................................................................... 126
Tabla A.38. Resultado porosidad CEMI_AKF-2_5. .................................................................................... 126
Tabla A.39. Resultado porosidad CEMI_AKF-2_7. .................................................................................... 126
Tabla A.40. Resultado porosidad CEMI_AR-1_3. ...................................................................................... 127
Tabla A.41. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5. .................................................................................... 127
Tabla A.42. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-1_7. ........................................................................... 127
Tabla A.43. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-2_5. ........................................................................... 127
Tabla A.44. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-2_7. ........................................................................... 128
Tabla A.45. Resultado absorción CON_CEMI_AR-1_3. ............................................................................. 128
Tabla A.46. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_5. ............................................................................ 128
Tabla A.47. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_7. ............................................................................ 128
Tabla A.48. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-2_5. ............................................................................ 128
Tabla A.49. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-2_7. ............................................................................ 129
X Índice de Tablas
Tabla A.50. Resultado densidad CON_CEMI_AR-1_3. .............................................................................. 129
Tabla A.51. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_5. ........................................................................... 129
Tabla A.52. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_7. ........................................................................... 129
Tabla A.53. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-2_5. ........................................................................... 129
Tabla A.54. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-2_7. ........................................................................... 130
Tabla A.55. Resultado porosidad CON_CEMI_AR-1_3. ............................................................................ 130
Capítulo 1 1
Sergio Ramírez Luque
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
El gunitado o proyección es una técnica de fabricación fundamental en el ámbito
de la ingeniería y la construcción civil debido a sus diversas aplicaciones, principalmente
en la sustentación y revestimiento estructural de taludes y túneles (Figura 1.1).
Mediante esta técnica se obtiene el shotcrete o sprayed concrete y el mortero
proyectado o sprayed mortar
La puesta en servicio se realiza mediante la proyección neumática de hormigón
o mortero a alta velocidad a través de una boquilla, produciéndose simultáneamente la
etapa de colocación y compactación, dos etapas fundamentales en el proceso de
fabricación del material. Esta simultaneidad es muy interesante desde el punto de vista
de la productividad, consiguiendo un ahorro en el tiempo y coste de fabricación.
Figura 1.1. Proyección hormigón en sustentación de túnel.
El proceso de proyección ha sufrido grandes evoluciones a lo largo de la historia,
desarrollándose diferentes procesos de proyección, vía húmeda, vía seca o vía semi-
húmeda, siendo la vía húmeda la más empleada actualmente. El proceso de proyección
empleado condiciona las propiedades del material resultante.
2 Introducción
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Una de las grandes virtudes del hormigón o mortero proyectado es su rápida
ganancia de resistencia mecánica, principalmente a compresión, a corto plazo,
entendiendo corto plazo como un periodo de 24h desde la proyección del material. La
rápida ganancia de resistencia se consigue incorporando aditivos acelerantes del
fraguado durante el proceso de proyección, el tipo y porcentaje de aditivo acelerante
del fraguado determina el comportamiento mecánico del material proyectado.
Los avances desarrollados en la industria química favorecen la aparición de
nuevos aditivos acelerantes del fraguado, mejorando las prestaciones mecánicas del
hormigón o mortero proyectado, pudiendo en ocasiones, llegar a superar el
comportamiento del hormigón convencional tanto en calidad como en rentabilidad
económica en su puesta en servicio. Actualmente existen diversos aditivos acelerantes
del fraguado comerciales en función de su composición química, dividiéndose en dos
grandes grupos, ricos en álcalis basados en aluminatos o silicatos y libres de álcalis,
siendo de gran interés el desarrollo de aditivos libres de álcalis.
La caracterización del hormigón o mortero proyectado es posible gracias a la
existencia de equipos de proyección a pequeña escala capaces de reproducir las
condiciones reales de operación y puesta en servicio, pudiendo caracterizar el material
resultante y tener un mayor conocimiento tanto del proceso de proyección como de las
características del material, además de poder evaluar como los aditivos acelerantes del
fraguado influyen en las propiedades mecánicas y físicas del material.
1.2. RAZÓN DE SER
El hormigón o mortero proyectado viene empleándose desde la década de los
años 30 por lo que tanto el material como el proceso de fabricación son ampliamente
conocido por el sector industrial. No obstante, es necesario realizar avances desde el
punto de vista científico y tecnológico para ampliar los conocimientos sobre el material
y su puesta en servicio.
Los aditivos acelerantes del fraguado son los componentes que condicionan la
aplicación del hormigón o mortero proyectado y marcan el comportamiento mecánico
del material a corto y largo plazo. Hasta el momento se han empleado aditivos ricos en
álcalis, aditivos con un 43% de aluminato sódico (NaAlO2), muy contaminantes
ambientalmente, siendo prohibidos en algunos países de la Unión Europea y peligrosos
en su manipulación debido a que poseen un pH igual a 12, pudiendo provocar
quemaduras de piel y lesiones oculares graves. Debido a la peligrosidad de este tipo de
aditivos acelerantes es necesario desarrollar aditivos libres de álcalis, aditivos basados
en hidroxisulfatos de aluminio y libres de elementos alcalinos en su composición por lo
Capítulo 1 3
Sergio Ramírez Luque
que su pH varía entre 2,5-3, siendo respetuosos tanto con el medio ambiente como con
los operarios que trabajan en la fabricación y puesta en servicio del material proyectado.
La sustitución de aditivos ricos en álcalis por aditivos libres de álcalis es necesaria,
por lo que debe evaluarse como se ven afectadas las propiedades mecánicas a corto y
largo plazo del material proyectado empleando aditivos libres de álcalis. Mediante la
caracterización experimental puede determinarse el comportamiento mecánico del
material proyectado empleando aditivos libres de álcalis y ricos en álcalis, pudiendo
comparar el comportamiento del material proyectados en ambos casos.
Los aditivos acelerantes del fraguado, igual que otro tipo de aditivos como los
plastificantes o los superplastificantes, se añaden en un porcentaje sobre el peso de
cemento o spc empleado en la dosificación. Es necesario evaluar cómo afecta el
porcentaje de aditivo acelerante del fraguado añadido en la dosificación sobre las
propiedades mecánicas del material, de esta manera es posible dosificar el aditivo en
función de las propiedades y la aplicación requerida. Conjuntamente es necesario
optimizar la dosificación de mortero empleada para poder trabajar con la menor
relación a/c posible.
En el proceso de proyección de hormigón y mortero intervienen múltiples
variables que condicionan las propiedades del material resultante por lo que es
importante poseer un sistema de proyección a pequeña escala fiable capaz de
reproducir la fabricación del material en obra. El Laboratorio de Tecnología de
Estructuras, Materiales y Construcción (LATEM) de la Universitat Politècnica de
Catalunya (UPC) dispone de un sistema de proyección a pequeña escala mediante el cual
es posible realizar la proyección de mortero empleando diversos aditivos acelerantes
del fraguado. El sistema que existe actualmente presenta varios fallos en su
configuración por lo que es necesario realizar la modificación de parte del sistema para
conseguir un mejor funcionamiento y asegurar que las condiciones y variables de
proyección son correctas.
1.3. OBJETIVOS
La presente tesis tiene como objetivo principal la modificación del actual sistema
de proyección de mortero a pequeña escala que posee el LATEM (Figura 1.2), para ello
se implementa una nueva bomba de aditivo y un caudalímetro, consiguiendo mejorar el
control sobre el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado añadido a la mezcla,
variable más importante dentro del proceso de proyección. Conjuntamente se optimiza
la dosificación de motero empleada en la campaña experimental.
4 Introducción
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
El segundo objetivo se centra en determinar cómo afectan los aditivos
acelerantes del fraguado libres de álcalis a las propiedades mecánicas a corto y largo
plazo del mortero proyectado, empleando dos aditivos libres de álcalis con diferente
composición química, pudiendo comprar como varia su comportamiento mecánico
respecto a un aditivo rico en álcalis, aditivo conocido y ampliamente utilizado
industrialmente.
El tercer objetivo se centra en evaluar cómo afecta el porcentaje (sobre peso de
cemento o spc) de aditivo acelerante del fraguado incorporado durante el proceso de
proyección de mortero en las propiedades mecánicas del material proyectado, tanto a
largo plazo como a corto plazo, empleando dos dosificaciones distintas para cada uno
de los aditivos libres de álcalis utilizados.
Figura 1.2. Diagrama objetivos tesis.
1.4. METODOLOGÍA
Los objetivos descritos en el apartado 1.3 del presente capítulo se alcanzan
siguiendo una serie de tareas, descritas de forma esquemática en la Figura 1.3. Cada una
de las tareas mostradas en la metodología se corresponde con cada uno de los apartados
presentes en los 5 capítulos en los que se encuentra dividida la tesis. En la Figura 1.3 no
se ha incluido el presente capítulo, capítulo 1.
En primer lugar, se realiza una búsqueda bibliográfica para poder realizar el
análisis del estado del arte, segundo capítulo de la tesis. Este punto se divide en ocho
grandes bloques, cada uno de ellos centrado en analizar los aspectos fundamentales
Capítulo 1 5
Sergio Ramírez Luque
relacionados con el hormigón y mortero proyectado. Los apartados más relevantes son
el correspondiente al proceso de hidratación del cemento Portland, el correspondiente
a aditivos acelerantes del fraguado y el apartado correspondiente al comportamiento
reológico de hormigones y morteros, apartados fundamentales para argumentar las
conclusiones desarrolladas en el capítulo correspondiente al análisis y discusión de
resultados, capítulo 4.
Una vez analizado el estado del arte y puesta la tesis en su marco teórico, el
siguiente capítulo, capítulo 3, se centra en definir y desarrollar la campaña experimental,
como se ha comentado anteriormente, centrada en modificar el actual sistema de
proyección a pequeña escala existente y en determinar cómo afectan los aditivos libres
de álcalis a las propiedades mecánicas a corto y largo plazo del mortero proyectado,
empleando dos aditivos libres de álcalis, además se emplea un aditivo rico en álcali
basado en aluminato sódico como referencia. Las tareas llevadas a cabo y divididas en
cada uno de los apartados del correspondiente capitulo vienen indicadas en la Figura
1.3.
El capítulo 4 se centra en exponer los resultados obtenidos a lo largo de la
campaña experimental. Por último, el capítulo 5 se centra en exponer las conclusiones
obtenidas, así como las futras líneas de que deberían realizarse dentro del campo de
investigación de la tesis.
Figura 1.3. Diagrama metodología.
6 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
CAPÍTULO 2. ESTADO DEL ARTE
2.1. INTRODUCCIÓN
El principal objetivo del presente capítulo es dar una visión detallada de las
técnicas de proyección de hormigón. En primer lugar, se analiza la historia y evolución
de los sistemas de proyección a lo largo de la historia. Posteriormente se profundiza en
cada uno de los sistemas de proyección de hormigón existentes actualmente, así como
en las diferencias existentes entre cada uno de ellos y sus ventajas. Además, se
describen sus principales propiedades y aplicaciones.
Una vez definidos las técnicas de proyección se profundiza en los materiales o
componentes que forman el hormigón proyectado, para posteriormente centrarse de
forma extensa en los aditivos acelerantes del fraguado y en cómo afectan al proceso de
hidratación del cemento y por tanto a las propiedades mecánicas a corto y largo plazo.
Por último, se analiza el comportamiento reológico de los materiales cementantes y
como se ven afectados por las distintas variables.
2.2. HISTORIA DEL HORMIGÓN PROYECTADO
El primer sistema de proyección fue desarrollado por Carl Ethan Akeley, padre
de la taxidermia moderna en Estados Unidos además de escultor, inventor y fotógrafo.
Siendo trabajador del “Field Museum of Natural History” de Chicago (Illinois),
anteriormente conocido como “Field Columbian Museum”, el director del museo,
Frederick J. V. Skiff, le consulto si podría emplear el equipo que Akeley había
desarrollado para pulverizar yeso y recrear escenarios para sus exposiciones para
reparar la fachada en mal estado del museo, Akeley no dudo en aceptar el reto y el 24
de junio de 1907 desarrollo un equipo de proyección llamado “plastergun”, equipo de
proyección de yeso seco transportado a través de una manguera mediante aire
comprimido, una vez el yeso alcanzaba la boquilla se añadía agua a través de una
segunda manguera. Empleando este sistema de proyección consiguió proyecta yeso con
un espesor de un cuarto de pulgada en la fachada exterior del museo, la proyección duro
una hora, momento en el que la boquilla se atascó, uno de los problemas que se
Capítulo 2 7
Sergio Ramírez Luque
experimentaran duranta la campaña experimental expuesta en la presente tesis y uno
de los problemas que se dan en la puesta en servicio del hormigón proyectado. El equipo
funcionaba mediante el principio de doble cámara, el material entraba a través de una
manguera en dos cámaras situadas una encima de la otra, las cámaras estaban
presurizadas de forma alterna, de esta manera nació el sistema de doble cámara o
“double-chamber gun”. La Figura 2.1 muestra el primer equipo de proyección fabricado
por Akeley en 1907, precursor del primer sistema de proyección de cemento por vía seca
(1).
Figura 2.1. Sistema de proyección desarrollado por Carl Ethan Akeley.
El 13 de septiembre de 1909 Akeley envió la patente del equipo diseñado, junto
con el apoyo financiero de “McElroy Shepard Company of New York” incluyo 52 mejoras
y cambios, para finalmente obtener la patente número 991814 el 9 de mayo de 1911
con el nombre de “Apparatus for mixing and applying plastic or adhesive materials”. En
diciembre de 1910 el equipo de proyección o “Cement Gun”, como fue llamado en la
época, y debido al cual se acuño el término “Gunite” o “Gunitar”, se mostró en la
“Cement Show” en el Madison Square Garden de Nueva York. En esa misma convención
el ingeniero civil S. W. Taylor se dio cuenta del potencial del equipo presentado y
diseñado por Akeley por lo que rápidamente adquirido los derechos de la patente a
través de su empresa, momento en el cambio su nombre y paso a llamarse “Cement
Gun Company” situada en Allen Town (Pensilvania), conocida actualmente como
“Allentown Equipment”. El 17 de noviembre de 1926 el creador del primer sistema de
proyección falleció, no obstante, la evolución en los sistemas de proyección continuó en
el tiempo (1).
8 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Desde 1912 hasta la década de los años 30 el crecimiento y expansión del sistema
de proyección de cemento fue muy rápido en varias partes del mundo. Durante este
periodo se realizaron avances, comenzándose a proyectar hormigón al incluir agregados
en la mezcla. En este momento la “American Railway Engineers” creo el término
“shotcrete” (2).
Tras la Segunda Guerra Mundial el proceso y sistema de proyección continúo
expandiéndose y dando lugar a nuevos avances tecnológicos, en la década de 1950 se
fundó la “Gunite Contractor Association” y se desarrolló el equipo giratorio de
proyección de hormigón por vía seca, posibilitando la aplicación continua de hormigón
proyectado. En la misma década se formó el “ACI Commitee 506” y se publicaron varios
documentos, como el “SP-14 Shotcreting”, centrado en ayudar al sector industrial a
entender los requerimientos de calidad del hormigón proyectado en el sector de la
construcción. En el año 1955 se introdujo el método de proyección por vía húmeda,
dando lugar a nuevas aplicaciones y mejoras en la puesta en servicio del material, lo que
se traduce como mayor uso de la técnica de proyección y expansión en el mercado (2).
Los avances producidos en los materiales y los equipos facilitaron el uso del
hormigón proyectado en la construcción durante la década de 1970. El método por vía
húmeda comenzó a dominar en países del norte de Europa, mayormente en países
escandinavos, debido principalmente al avance en los sistemas de bombeo. Además,
comenzaron a utilizar humo de sílice como adición en el hormigón proyectado,,
mejorando sus propiedades y por tanto su aplicación en sustentación y revestimientos
(2).
En la década de 1980 se introdujo el uso de fibras metálicas para alcanzar los
requisitos estructurales en la sustentación de túneles y la reparación de elementos
estructurales. Conjuntamente se desarrollaron mezclas en vía húmeda para tener mayor
control sobre la consistencia del hormigón, el proceso de hidratación, etc. (2).
Uno de los pasos más importante para el hormigón proyectado fue la creación
de la “American Shotcrete Association” en 1998, creada para fomentar el uso del
hormigón proyectado (2). En la década de 1990 y actualmente, el proceso de proyección
por vía húmeda se ha implantado en la mayoría de países, fundamentalmente
empleando fibra metálica como refuerzo. Conjuntamente los avances en la industria
química favorecen la aparición de nuevos aditivos que mejoran las propiedades del
hormigón proyectado, en ocasiones comportándose mejor que el hormigón
convencional, tanto desde el punto de vista económico como desde el de la calidad
(Figura 2.2).
Capítulo 2 9
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.2. Evolución histórica hormigón proyectado.
2.3. SISTEMAS DE PROYECCIÓN
Los sistemas de proyección han sufrido numerosas modificaciones a lo largo de
la historia, actualmente son tres los sistemas de proyección existentes para la
proyección de hormigón o mortero: vía seca, vía húmeda y vía semi-húmeda.
2.3.1. Vía seca
La técnica o sistema de proyección por vía seca fue la primera desarrollada,
surgida a partir del equipo creado por Akeley. El proceso de mezcla se produce en la
boquilla de proyección, los componentes sólidos son transportados a través de una
manguera de forma neumática hasta la boquilla de proyección, momento en el que
entra en contacto con el agua, transportada a través de una manguera independiente
hasta la boquilla (3). Esta técnica de proyección consta de cinco fases bien diferenciadas
(3) (4). La proyección puede realizarse de forma robotizada o automática, dependiendo
del tipo de aplicación y espacio para trabajar. Además, son necesarios equipos
especializados para el bombeo y transporte de materiales.
1. Los componentes, cemento Portland tipo I 42,5 R / 52,5 R y áridos naturales o
artificiales, de río o machaqueo, son mezclado hasta conseguir una distribución
homogénea.
2. La mezcla se introduce en el sistema de proyección a través de una tolva de
alimentación. En el caso de utilizar acelerante en polvo se añade junto a la mezcla
en el alimentador.
10 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
3. La mezcla se introduce en el interior de la manguera de transporte mediante un
rotor.
4. Una vez introducida en la manguera se transporta mediante un flujo de aire a
presión (flujo diluido) hasta la boquilla de proyección. En la boquilla de proyección
se conectan ambas mangueras, la encargada de transporta el material atomizado
por el aire a presión y la manguera que transporta agua, en el caso de que se
empleen aditivos acelerantes del fraguado se introducen junto con el agua. La
boquilla posee una serie de orificios mediante los cuales se pulveriza el agua a
presión junto con el aditivo acelerante del fraguado, en este momento la mezcla
seca entra en contacto con el agua/árido. En la Figura 2.3 se muestra una boquilla
de proyección por vía seca comercializada por la empresa “Útiles para el bombeo y
proyectado (UBIP)”.
Figura 2.3. Boquilla proyección vía seca.
5. La mezcla ya húmeda se proyecta sobre la superficie de interés, comienza por tanto
el proceso de hidratación del cemento y la ganancia de resistencia.
El proceso de proyección por vía seca necesita de maquinaria específica para
realizar el bombeo de la mezcla en estado seco. La maquinaria empleada puede dividirse
en tres grandes grupos: alta velocidad, baja velocidad y transporte (3).
La proyección a alta velocidad implica el uso de boquillas con un diámetro bajo y
una elevada presión de aire, solo se emplea para la proyección de mortero, en el caso
de proyectar hormigón se produciría la obstrucción de la boquilla. La velocidad de
proyección es de 90-120 m/s por lo que se produce una alta compactación. En el caso
de la proyección a baja velocidad ocurre, al contrario, se emplean mangueras y boquilla
de elevado diámetro, pudiendo emplearse tanto hormigones como morteros en la
proyección. Debido a la baja velocidad de proyección la compactación es menor, no
obstante, las propiedades mecánicas del material proyectado, ya sea mortero u
hormigón, cumple perfectamente con lo requerido. En algunas ocasiones es necesario
transportar la mezcla seca hasta el punto de proyección, en este caso se emplean
máquinas de transporte en puntos intermedios del sistema, capaces de transportar la
mezcla seca como máximo 100 m en horizontal. También puede realizar el transporte
Capítulo 2 11
Sergio Ramírez Luque
de forma vertical hasta la altura requerida. El uso de este tipo de maquinaria implica la
utilización de mecanismos que reducen el aire a presión mediante frenos metálicos
situados en la boquilla y las mangueras, de esta manera se permite la escapada de aire
y por tanto la colocación del material en el sitio deseado (Figura 2.4) (3).
Figura 2.4. Proyección vía seca mediante flujo diluido.
2.3.2. Vía Húmeda
El sistema de proyección por vía húmeda surge en el año 1955, actualmente es
la técnica de proyección más extendida. Todos los componentes incluyendo el agua y
aditivos son mezclados previamente, el proceso de amasado es equivalente al realizado
en la fabricación de hormigón o mortero convencional. Una vez realizada la mezcla se
introduce en la tolva para ser transportada mediante un rotor y posteriormente un flujo
de aire a presión o mediante bombeo, flujo diluido o flujo denso, hasta la boquilla de
proyección (3). El proceso de proyección por vía húmeda consta de cinco etapas (5):
1. Los componentes (cemento, árido, aditivo y agua) se mezclan de forma homogénea
en una planta de hormigón. Normalmente se emplea cemento Portland tipo I 42,5
R / 52,5 R y áridos naturales o artificiales, de río o machaqueo. Para asegurar la
capacidad de trabajabilidad de la mezcla se añaden aditivos plastificantes y/o
superplastificantes. Es necesario asegurar la plasticidad y consistencia de la mezcla,
teniendo en cuenta el tiempo de transporte y el tiempo de preparación del equipo
de proyección, es recomendable que durante todo el proceso de proyección el Cono
de Abrams se encuentre entre 12 y 18 cm.
2. El hormigón o mortero se introduce en la tolva de alimentación del equipo de
proyección.
3. El material entra en la manguera de transporte a través de un rotor (flujo diluido) o
mediante un tornillo sin fin (flujo denso).
12 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
4. Una vez el material se encuentra en la manguera, se transporta mediante un flujo
de aire a presión (flujo diluido) o por bombeo (flujo denso), en ambos casos la
manguera se conecta directamente a la boquilla de proyección. En la boquilla de
proyección también se conecta la manguera que transporta el aditivo acelerante
del fraguado y el flujo de aire a presión que impulsa el material para su proyección.
5. El material es proyectado sobre la superficie de interés.
La proyección por vía húmeda se realiza mayoritariamente mediante flujo denso
por lo que el transporte se da a alta velocidad (3). Al igual que en la vía seca la proyección
de mortero u hormigón puede realizarse de forma manual o automática. En la Figura 2.5
se muestra el proceso de proyección por vía húmeda mediante flujo denso.
Figura 2.5. Proyección vía húmeda mediante flujo denso.
2.3.3. Vía Semi-Húmeda
El proceso de proyección por vía semi-húmeda es una combinación de los
sistemas explicados en los dos apartados anteriores. Las primeras fases son idénticas a
las existentes en la vía seca, la principal diferencia se da en la incorporación de agua, en
este caso se realiza 4-5 m antes de la boquilla de proyección (Figura 2.6). Mediante esta
técnica de proyección se evita la generación de polvo producida a lo largo del proceso
de proyección por vía seca además de la perdida de material que esto genera, el
transporte de material se produce mediante flujo diluido (5).
Capítulo 2 13
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.6. Proyección vía semi-húmeda.
2.3.4. Diferencias entre sistemas de proyección
Los sistemas de proyección descritos en los tres apartados anteriores presentan
diferencias entre sí, el presente apartado se centrará en las técnicas de proyección por
vía seca y por vía húmeda. Las diferencias entre ambos sistemas de proyección no se
limitan únicamente a la técnica de proyección, sino que los hormigones resultantes son
materiales con propiedades totalmente distintas. La elección de la técnica de proyección
y por tanto del material se realiza en función de una serie de factores (6).
• Características de Producción: la vía seca es más versátil mientras que la vía
húmeda necesita de gran organización de todos los operarios implicados, no
obstante, se pueden conseguir elevados rendimientos. La aparición de aditivos
retardantes del fraguado ha aumentado la flexibilidad de uso de la vía húmeda, su
principal limitación es el aseguramiento de la consistencia a lo largo del proceso de
proyección.
• Características Económicas: gracias a la automatización del proceso de proyección
la vía húmeda tiene una capacidad, en un turno de 8 h, 4-5 veces superior a la vía
seca, por lo que desde el punto de vista económico es mucho más rentable. Otro
factor a tener en cuenta es la reducción de tiempo en la puesta en servicio del
material, en la vía húmeda es mucho más rápida ya que el material esta mezclado
en estado húmedo por lo que el coste es menor respecto a la vía seca. Por último,
el rebote es menor en la vía húmeda, reduciéndose un cuarto por cada metro cúbico
proyectado respecto a la vía seca.
14 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
• Características del Hormigón: mediante ambas técnicas de proyección se consiguen
hormigones de buena calidad. Teniendo en cuenta que ambos sistemas tengan las
mismas condiciones de operación, mediante la vía húmeda se consiguen
hormigones de mejores prestaciones por dos factores. Por un lado, se reduce la
introducción de aire, en la vía húmeda se emplea flujo denso mientras que en la vía
seca se emplea flujo diluido, siendo la porosidad del material menor lo que se
traducen en una mayor resistencia a compresión, Por otro lado, la relación a/c está
más controlada ya que se añade durante el proceso de amasado dando lugar a un
material con propiedades homogéneas, mientras que en la vía seca se añade
durante el proceso de proyección por lo que su control no es preciso.
• Características de la Obra: son varios los factores que influyen a la hora de elegir
una técnica de proyección u otra, generalmente en el caso de necesitar altos
rendimientos siempre se optara por realizar la proyección por vía húmeda y de
forma automática.
• Características de la Empresa: la técnica empleada depende del tamaño de la
empresa y de su especialización en el sector. En el caso de ser una empresa
mediana/grande y especializada, tendera a emplear la vía húmeda mientras que, si
se trata de una empresa pequeña y poco especializada tendera a emplear la vía
seca, la maquinaria y equipos son menos voluminosos y más económicos.
• Características Medioambientales: el principal inconveniente de la vía seca es la
generación de polvo, nocivo desde el punto de vista medioambiental y
principalmente del operario, sobre todo cuando se trabaja en espacios cerrados
como túneles. La vía húmeda es la solución perfecta a este problema ya que se
reduce notablemente la generación de polvo en suspensión.
Una vez descritas las diferencias existentes entre ambas técnicas de proyección
en función de una serie de factores, se realiza una comparativa entre ambos sistemas
de proyección (Tabla 2.1).
Es necesario indicar las ventajas y desventajas que presenta cada uno de los
flujos que pueden emplearse para el transporte de material a través del sistema de
proyección mediante la vía seca, las correspondientes a flujo diluido se indican en la
Tabla 2.2 mientas que las correspondientes a flujo denso se indican en la Tabla 2.3.
Capítulo 2 15
Sergio Ramírez Luque
Tabla 2.1. Comparación vía seca-vía húmeda.
Vía Seca Vía Húmeda
Bajo coste equipo Elevado coste equipo
Mayor desgaste Menor desgaste
Menor coste limpieza Mayor coste limpieza
Relación a/c variable Relación a/c exacta
Peores condiciones de trabajo Mejores condiciones de trabajo
Menores problemas técnicos Mayores problemas técnicos
Mayor desperdicio de material Menor desperdicio de material
Mayor rendimiento Menor rendimiento (en automático son
equivalentes)
Mayor rebote Menor rebote
Mayor adherencia Menor adherencia
Varias aplicaciones para conseguir
elevados espesores
Una aplicación para conseguir elevados
espesores
Tabla 2.2. Ventajas y desventajas flujo diluido en vía húmeda.
Flujo Diluido
Ventajas Desventajas
Fácil manejo Mayor formación de polvo
No es necesario hormigón bombeable Mayor rebote
Relación a/c baja y constante Problemas durante el transporte
Permite el cambio a la vía seca Limitación distancia de transporte
Menor limpieza Menor distancia de proyección
No es necesario mantener la
consistencia
Mayor control en el tiempo de
transporte
Tabla 2.3. Ventajas y desventajas flujo denso en vía húmeda.
Flujo Denso
Ventajas Desventajas
Gran capacidad de producción Elevada inversión
Menor rebote Mano de obra especializada
Relación a/c constante Mantener la consistencia de la mezcla
Distancias de proyección elevadas Mayor limpieza
- Control tiempo de transporte
16 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
En España la técnica de proyección predominante es la vía húmeda, se emplea
un 70 % mientras que la vía seca solo se emplea el 30 %, incluyendo la vía semi-húmeda.
En otros países de la Unión Europea, como Italia o los países Escandinavos, la utilización
de la vía húmeda es del 100 %. La tendencia es que todos los países empleen la vía
húmeda como técnica de proyección y que en los próximos 5 años el 80-90 % del
hormigón proyectado en el mundo sea mediante la técnica de la vía húmeda debido a
las ventajas que presenta, expuestas en cada uno de los puntos anteriores y en la Tabla
2.1 a modo de resumen. En el 2001 se proyectaron más de 8 millones de metros cúbicos
de hormigón proyectado al año (7).
2.4. PROPIEDADES HORMIGÓN PROYECTADO
La principal propiedad del hormigón proyectado como material de construcción
es su rápida ganancia de resistencia a compresión debido al uso de aditivos acelerantes
del fraguado. Además de la resistencia a compresión es necesario tener en cuenta la
porosidad, rebote y adherencia (8).
La resistencia a compresión es la propiedad mecánica de mayor importancia en
los hormigones proyectados, siendo una propiedad de control y diseño de mezclas
proyectadas. La resistencia a compresión viene especificada en el pliego de condiciones
de la obra donde vaya a ser empleado. El valor medio alcanzado se sitúa entre 25-45
MPa a los 28 días, aumentando a lo largo del tiempo hasta valores de 50 MPa trascurrido
un año y pudiendo alcanzar los 60 MPa al cabo de cuatro años (9). La elevada ganancia
de resistencia a compresión se ha conseguido gracias a los avances tecnológicos
producidos tanto en el proceso de proyección como en los aditivos acelerantes del
fraguado empleados. La resistencia a compresión, tanto a corto como a largo plazo, está
condicionada por el tipo de aditivo acelerante del fraguado empleado (8), observándose
una bajada de resistencia a largo plazo respecto a un hormigón o mortero de referencia
debido a la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado. Generalmente se
especifican unas resistencias a compresión mínimas en función de la edad del ho rmigón,
tenido que ser mayor a los valores indicados a continuación: 5 MPa a las 6h; 10MPa a 1
día; 20 MPa a 7 días; 25 MPa a 28 días; 30 MPa a 90 días (9).
La resistencia a tracción de un hormigón o mortero proyectado es muy baja, de
la misma manera que ocurre en hormigones o morteros vertidos, obteniendo valores
que oscilan entre los 1,6-2,1 MPa a 28 días para hormigón, siendo al cabo de tres años
3,3-5,3 MPa. El módulo elástico del hormigón proyectado se sitúa en valores entre 28-
33 GPa (9).
La porosidad en hormigones y morteros proyectados es mayor que en un
hormigón o mortero vertido debido al propio sistema de proyección. El transporte y
Capítulo 2 17
Sergio Ramírez Luque
proyección de material se realiza empleando aire comprimido, parte del mismo queda
atrapado en el interior del material. Los valores de porosidad medios obtenidos en
hormigón proyectado empleando la técnica de la vía húmeda varía entre el 10-12 % (8).
La densidad del hormigón proyectado varía entre 2,1-2,3 g/cm3 dependiendo del
contenido de cemento y de la porosidad del material (9).
El rebote se produce debido a la mala adherencia del material proyectado sobre
el sustrato o superficie de proyección, dando lugar a un desperdicio de material que
afecta tanto desde el punto de vista económico como desde el punto de vista
medioambiental. El rebote depende de varios factores: relación a/c, vía de proyección,
dosificación, ángulo de proyección, velocidad de salida del material, experiencia del
operario entre otros. El porcentaje de rebote es muy variable y depende del tipo de
elemento a proyectar y de la vía de proyección empleada (Tabla 2.4) (8)
Tabla 2.4. Porcentaje de rebote en función de superficie y vía empleada (8).
Sustrato Rebote Vía Seca (%) Rebote Vía Húmeda (%)
Solera 5-10 2-5
Hastial 15-30 5-10
Bóveda 25-40 10-15
La adherencia entre material proyectado y sustrato también tiene gran
importancia ya que de esta manera se asegura la correcta puesta en obra y servicio del
material, para ello la superficie debe ser sólida y estar limpia y libre de elementos
sueltos. La mezcla impacta a una elevada velocidad sobre el sustrato taponando las
irregularidades, las fisuras y los poros con la ayuda de las partículas de cemento y el filler
presente en la mezcla. Al mismo tiempo se forma una capa de cemento sobre la cual se
incorporan los áridos, dando lugar a un puente de adherencia que garantiza una fijación
sólida al soporte una vez se encuentra endurecido el material. La resistencia al
desprendimiento o adherencia puede variar entre 0,3-2 MPa (8) (9).
2.5. APLICACIONES
El hormigón proyectado, debido a su gran versatilidad tanto en las propiedades
mecánicas a corto y largo plazo como en su puesta en obra, presenta un elevado número
de aplicaciones en el sector de la construcción de obra civil. La principal aplicación es su
empleo para la estabilización y revestimiento de túneles y taludes, pudiéndose emplear
en otro tipo de elemento o para otro tipo de objetivos.
• Estabilización de taludes: el principal objetivo del hormigón proyectado en este tipo
de elementos es asegurar su estabilización, evitando así que se produzca el
18 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
desprendimiento de grandes masas de terreno o roca. El empleo de hormigón
proyectado se justifica debido al rápido desarrollo de resistencia a corto plazo y
debido a que es necesario emplear grandes cantidades de hormigón sobre una
superficie muy extensa, haciendo del proceso de proyección el proceso más versátil
y rápido para su puesta en obra. Generalmente se proyectan 50 mm de hormigón
proyectado sobre el paramento, empleando ocasionalmente bulones para asegurar
su estabilidad y evitar su desprendimiento. Además es frecuente el uso de fibras
metálicas para aumentar la resistencia del material frente a impactos y/o
abrasiones (Figura 2.7) (10) (11).
Figura 2.7. Aplicación hormigón proyectado en sustentación.
• Túneles: el sostenimiento de túneles es la aplicación donde más se ha desarrollado
e implementado la técnica del hormigón proyectado, principalmente dentro de la
técnica de construcción de túneles del Nuevo Método Austriaco (NATM) ya que es
necesario proyectar grandes superficies de material con un bajo espesor. La mejora
que se han producido en los últimos años, tanto en la técnica de proyección como
en las propiedades del material proyectado, han favorecido la utilización del
hormigón proyectado como revestimiento definitivo y no como sostenimiento
provisional como se realizaba anteriormente. En esta aplicación la vía húmeda es la
más empleada debido a las ventajas que presenta frente a la vía seca en espacios
cerrados y en la aplicación de grandes superficies. El empleo de hormigón
proyectado en este tipo de aplicaciones se justifica además, debido a la elevada
resistencia inicial y final que alcanza el material, la baja permeabilidad y la elevada
durabilidad del mismo (Figura 2.8) (10) (11).
Capítulo 2 19
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.8. Aplicación hormigón proyectado en túneles.
• Reparación de estructuras: la utilización del hormigón proyectado como
sostenimiento de túneles y taludes ha fomentado su uso como material estructural,
siendo la aplicación menos utilizada de las tres indicadas. La utilización del
hormigón proyectado como elemento estructural se justifica debido a su facilidad
de puesta en servicio en zonas de difícil acceso y de geometría compleja donde la
puesta en obra de hormigón vertido sea difícil, además no son necesarios
encofrados (Figura 2.9).
Figura 2.9. Refuerzo de estructura mediante hormigón proyectado.
2.6. COMPONENTES HORMIGÓN PROYECTADO
El hormigón es un material compuesto formado por dos fases claramente
diferenciadas, matriz y refuerzo. La matriz está formada por los productos de
hidratación del cemento Portland, mientras que el refuerzo está formado por los áridos
empleados en su dosificación. Los componentes básicos del hormigón son cemento,
áridos, agua y aditivos, la granulometría de los áridos marca la diferencia entre un
20 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
hormigón y un mortero, en el caso del hormigón se emplea un tamaño de árido igual y
superior a 4 mm mientras que en los morteros se emplea un tamaño de árido igual e
inferior a 4 mm. En los siguientes apartados van a describirse de forma individual los
distintos materiales que forman el hormigón o mortero y como afectan a las
propiedades mecánicas y químicas del material resultante.
2.6.1. Cemento
El cemento es un conglomerante hidráulico, un material inorgánico finamente
molido que al ser mezclado con agua forma una pasta que fragua y endurece por medio
de las reacciones de hidratación de los componentes que lo forman (12).
El clínker de cemento Portland se obtiene por sinterización de una mezcla
homogénea de materias primas, a esta mezcla se la denomina crudo. El crudo tiene en
su composición elementos normalmente en forma de óxidos: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3,
además presenta cantidades menores de otros elementos. Las principales materias
primas son el SiO2 y el CaO, pudiendo llegar a suponer el 26,45 % y el 65,6 % en peso
respectivamente (Tabla 2.5) (13).
Tabla 2.5. Componentes del crudo (% en peso).
Compuesto Rango aproximado (%)
Residuo Insoluble 0,1-1,4
Óxido de Calcio (CaO) 58,2-65,6
Sílice (SiO2) 19,8-26,45
Alúmina (Al2O3) 4,1-9,5
Óxido de hierro (Fe2O3) 2,1-4,5
Magnesia (MgO) trazas-2,9
Álcalis (K2O, Na2O) 0,1-2,8
Sulfatos (SO3) 0,1-2,2
Pérdidas por calcinación 0,2-2,8
Una vez obtenido el clínker de cemento Portland mediante la sinterización del
crudo, se añade yeso y las adiciones necesarias según el tipo de cemento a producir. En
la Tabla 2.6 se indica cada uno de las fases presentes en el clínker de cemento Portland
y las fases presentes en el yeso, añadido para aumentar el tiempo de fraguado (14).
Capítulo 2 21
Sergio Ramírez Luque
Tabla 2.6. Composición química clínker cemento Portland (14).
Componente Compuesto Fórmula Fase Fórmula
simplificada
Porcentaje
en Masa (%)
Clínker
Silicato
tricálcico 3CaO∙SiO2 Alita C3S 50-70
Silicato
bicálcico 2CaO∙SiO2 Belita C2S 15-30
Aluminato
tricálcico 3CaO∙Al2O3 Aluminato C3A 5-10
Ferrito
aluminato
bicálcico
Ca2(Al0,5Fe0,5)2O5 Ferrita C4AF 5-15
Sulfato de calcio
Sulfato cálcico
dihidratado CaO∙SO3∙2H2O Yeso CSH2 2-5
Sulfato cálcico
hemidrato CaO∙SO3∙0,5∙H2O Hemidrato CSH0,5 2-5
Sulfato cálcico CaO∙SO3 Anhidrita CS 1-2
• Silicato tricálcico: se forma por la reacción en estado sólido entre óxido de calcio y
sílice, también se puede obtener a través de caliza pura y cuarzo. Es la fase
mayoritaria y más activa en la composición del clínker de cemento Portland,
presentando un fraguado lento y un endurecimiento elevado, dando lugar a una
elevada resistencia inicial y un calor de hidratación elevado al entrar en contacto
con agua. Presenta una densidad de 3,15 g/cm3. Los cementos de endurecimiento
rápido (R) presentan un mayor porcentaje de C3S respecto a los cementos de
endurecimiento normal (N) (13).
• Silicato dicálcico: se forma cuando el clínker de cemento Portland no está saturado
al 100% de óxido de calcio. Es la fase encargada de la ganancia de resistencia a largo
plazo. Tanto el fraguado como el endurecimiento son lentos, teniendo además un
calor de hidratación bajo. Presenta una densidad de 3,28 g/cm3. La estabilidad
química es mayor respecto a la del silicato tricálcico, los cementos resistentes a
sulfatos tienen mayor porcentaje de C2S que de C3S en su composición (13).
• Aluminato tricálcico: su velocidad de hidratación es muy alta, produciendo un
aumento de la velocidad de fraguado y el desarrollo del calor de hidratación inicial.
El control de su hidratación se realiza incorporando yeso, que como se ha
comentado anteriormente, retrasa el fraguado. El aluminato tricálcico por si solo
contribuye pobremente a la resistencia mecánica final del hormigón, presenta una
densidad de 3,03 g/cm3. Es una fase peligrosa ya que aumenta la sensibilidad del
hormigón a sufrir ataque sulfático (13).
22 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
• Ferrito aluminato bicálcico: fase relativamente inactiva que contribuye muy poco a
la ganancia de resistencia del hormigón, su hidratación es rápida pero menor que la
del C3A, la presencia de esta fase es útil como fundente durante el proceso de
calcinación del clinker, además favorece el proceso de hidratación de las otras fases
presentes (13).
Las fases o componentes presentes en el clinker de cemento Portland pueden
estimarse a través de las ecuaciones de Bogué (Ec. 2.1, Ec. 2.2, Ec. 2.3 y Ec. 2.4),
conocidas como “Cálculo Potencial de Bogué”. Estas ecuaciones asumen que las
materias primas empleadas en la producción del clinker tienen una pureza del 100% y
que las reacciones son completas, lo cual generalmente no se cumple, pero sirven para
tener una aproximación de cada una de las fases presentes en el clinker de cemento
Portland. Para tener un valor exacto es necesario ajustar los coeficientes de cada una de
las ecuaciones a través de ensayos experimentales en la cementera de estudio (15).
��� = 4,071 ∙ ��� − (7,6���� + 6,718����� + 1,43����� + 2,852���) (Ec. 2.1)
��� = 2,867���� − 0,7544��� (Ec. 2.2)
��� = 2,650����� + 1,692����� (Ec. 2.3)
���� = 3,043����� (Ec. 2.4)
La hidratación del cemento Portland es el proceso mediante el cual una
suspensión se convierte en un sólido rígido a temperatura ambiente sin la necesidad de
aportar calor u otro proceso extra (16).
El proceso de hidratación del cemento Portland comienza cuando entra en
contacto con agua, momento en el que se producen un conjunto de reacciones químicas
de carácter exotérmico que dan lugar a los productos de hidratación, fases encargadas
de producir el endurecimiento y la ganancia de resistencia mecánica del material tanto
a corto como a largo plazo. Las reacciones de hidratación pueden dividirse en dos
grupos, reacciones de hidratación de los silicatos (C3S y C2S) y reacciones de hidratación
de los aluminatos (C3A y C4AF) (14). Para conocer el proceso de hidratación del cemento
Portland es necesario conocer la curva de flujo de calor en función del tiempo, obtenida
a través del ensayo de calorimetría en condiciones isotermas. La curva de calor está
dividida en cinco etapas claramente diferenciadas, cada una de ellas correspondiente a
cada uno de los cambios de pendiente que sufre la curva de flujo de calor (Figura 2.10)
(14).
Capítulo 2 23
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.10. Proceso de hidratación cemento Portland. Curva calor-Tiempo (14).
• Etapa I (preinducción): en esta etapa se produce una rápida disolución del C3A, C2S,
C3S y el yeso produciendo un primer pico de calor muy elevado, aumenta el pH de
la fase líquida hasta un valor igual a 12. Además, comienza la formación de etringita
(Aft), dando lugar a un cambio de la consistencia y la plasticidad de la mezcla (14)
(16).
• Etapa II (inducción): etapa de baja actividad donde la curva de flujo de calor
presenta cierta estabilidad. En esta etapa comienza la formación de silicato de calcio
hidratado o C-S-H, con un aumento del ion Ca2+ en disolución y una disminución de
los iones SO42-, H2SiO4
2- y [Al(OH)4]-. La formación de etringita (Aft) continua,
aumentando la consistencia, siendo el C-S-H el que más contribuye a este aumento
(14) (16).
• Etapa III (aceleración): se produce un aumento en la hidratación del C3S o alita,
dando lugar a la formación de hidróxido de calcio o Portlandita (CH) y C-S-H,
produciéndose un aumento en el flujo de calor desprendido por las reacciones de
hidratación, correspondiente al segundo pico de hidratación característico (Figura
2.10). Debido a la formación de CH y C-S-H, la mezcla pasa de un estado plástico a
un estado rígido, durante esta etapa se produce el inicio y el final del fraguado, se
produce un aumento de la resistencia inicial y se reduce la porosidad (14), (16).
• Etapa IV (desaceleración): se produce una disminución del calor de hidratación
liberado por la reacción debido a que la hidratación del C3S disminuye. El C3A
anhidro reacciona con la Aft para dar lugar a la formación de monosulfoaluminato
de cálcio (Afm). Además, se produce la formación de etringita secundaria debido a
que los sulfatos del C-S-H son absorbidos por el C3A, produciéndose un ligero
aumento del calor de hidratación desprendido (14) (16).
24 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
• Etapa V (hidratación a largo plazo): el proceso de hidratación del cemento Portland
continua a lo largo del tiempo de forma lenta, produciéndose un aumento de la
longitud de las cadenas de C-S-H y una disminución de la porosidad con el
consecuente aumento de la resistencia mecánica del material.
Los productos formados durante el proceso de hidratación del cemento Portland
son fundamentalmente cuatro: C-S-H, CH, Aft y Afm. En la Tabla 2.7 se indican cada uno
de los productos de hidratación generados.
Tabla 2.7. Fases hidratadas cemento Portland.
Fase Hidratada Fórmula Fórmula
Simplificada Reacción Química Ecuación
Portlandita CaO·H2O CH 2C3S+7H2O→CSH+3CH Ec. 2.5
Silicato de Calcio
Hidratado xCaO·SiO2·H2O C-S-H 2C2S+5H2O→CSH+2CH Ec. 2.6
Aluminato
Tretracálcico
Tetrahidratado
4CaO·Al2O3·19H2O C4AH19(13) 2C3A+21H2O→C4AH19(13)+C2AH8 Ec. 2.7
Aluminato Dicálcico
Octahidratado 2CaO·Al2O3·8H2O C2AH8 C4AH19(13)+C2AH8→2C3AH6+H2O Ec. 2.8
Hidrogenante 3CaO·Al2O3·6H2O C3AH6 C3A+26H2O+3CS̀H2→C6AS̀H32 Ec. 2.9
Etringita (Aft) 6CaO·Al2O3·3SO3·32
H2O C6AS̀3H32 C3A+26H2O+3CS̀H2→C6AS̀3H32 Ec. 2.10
Monosulfoaluminato
de Calcio (Afm)
4CaO·Al2O3 SO3·12
H2O C4AS̀3H12 2C3A+4H2O+C6AS̀H32→C3AS̀H12 Ec. 2.11
• CH: producto de hidratación generado a partir de la hidratación del C3S y el C2S (Ec.
2.5 y Ec. 2.6). Esta fase hidratada contribuye muy poco a la resistencia mecánica
final del cemento endurecido. Es la fase que aporta la elevada alcalinidad que
presenta el cemento endurecido, con un valor de pH entre 13-13,4, pH muy alcalino.
La elevada alcalinidad que aporta la CH produce la pasivación de las armaduras
pasivas en los hormigones armados, protegiendo las armaduras frente a posibles
procesos de corrosión que puedan ocurrir. La formación de cristales de CH se
produce de forma heterogénea en la pasta de cemento, a edades tempranas
presenta una morfología laminar hexagonal (Figura 2.11) mientras que a edades
avanzadas presenta una morfología generalizada en la pasta de cemento. La CH se
encuentra presente en un 20-25 % del volumen total de la pasta de cemento (17).
Capítulo 2 25
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.11. SEM cristales de CH (18).
• C-S-H: el silicato de calcio hidratado o C-S-H se corresponde con una fase cristalina
amorfa que varía con el tiempo (Figura 2.12). Es la fase mayoritaria en el sólido con
un porcentaje sobre el volumen total del 50-60%. Además, es la fase que produce
el endurecimiento de la pasta de cemento hidratada y su ganancia de resistencia
mecánica a medio y largo plazo (17).
Figura 2.12. SEM Cristales CH y CSH (18).
• Aft y Afm: la etringita o Aft presenta una microestructura en forma de aguja o
acicular (Figura 2.13) y es la fase responsable de la ganancia de resistencia inicial del
material. La formación de Aft se produce durante las primeras horas de hidratación
del cemento Portland, alcanzando su máximo transcurridas 24 h, a partir de este
momento se produce la formación de monosulfoaluminato de calcio o Afm. El Afm
presenta una microestructura laminar, pudiendo tener forma hexagonal o en forma
semi-cristalina combinados con C-S-H (Figura 2.13) (17).
26 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 2.13. SEM Cristales Aft y Afm (18).
2.6.2. Áridos
Los áridos son una de las materias primas o componentes principales que forman
el hormigón o mortero. Los áridos tienen gran influencia en las propiedades del material
tanto en estado fresco como en estado endurecido. La clasificación de los áridos se
realiza en base a la procedencia de los mismos, dividiéndose en áridos naturales, áridos
artificiales y áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición
(RCD). Además, los áridos naturales pueden clasificarse en función de su descripción
petrográfica (caliza, silícea, dolomítica, etc.). Las propiedades más importantes a tener
en cuenta son las propiedades geométricas, dividiéndose en: granulometría, contenido
de finos y forma de las partículas (19).
La granulometría o análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la
distribución de cada uno de los tamaños de áridos utilizados en la fabricación de
hormigones y morteros (19). Mediante el ensayo de granulometría definido por la
norma UNE-EN 933 (20) y utilizando una seria de tamices (Figura 2.14), es posible
determinar la curva granulométrica (Figura 2.15) y el porcentaje de cada una de las
fracciones presentes en el árido hasta un tamaño de partícula de 63 μm.
Figura 2.14. Tamices ensayo granulometría.
Capítulo 2 27
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.15. Ejemplo de curva granulométrica.
La granulometría del árido tiene gran influencia en la trabajabilidad de la mezcla,
aumentando al aumentar el contenido de arena y de finos respecto al contenido de
áridos gruesos. También influye a la segregación en estado fresco, durabilidad,
resistencia y estabilidad volumétrica. La curva granulométrica del árido de estudio debe
aproximarse a la curva ideal de máxima compacidad de Fuller (Figura 2.16), cuyo
objetivo principal es conseguir hormigones o morteros trabajables y compactables,
obteniendo la máxima densidad, menor porosidad y por tanto la máxima resistencia
mecánica (19).
Figura 2.16. Curva granulométrica de máxima compacidad de Fuller.
El contenido de finos es otra de las variables a tener en cuenta a la hora de
fabricar un hormigón o mortero. Las partículas finas son aquellas que presentan un
tamaño inferior a 63 μm, limitando su contenido ya que afectan a las propiedades,
principalmente en estado fresco. El límite de finos presentes en el hormigón es la suma
del contenido de partículas de árido grueso, árido fino que pasa por el tamiz de 63 μm y
el contenido de filler del cemento, limitado a 175 kg/m3 según la Instrucción de
28 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Hormigón Estructural (EHE-08) (19) (21). La forma de los áridos también es otra de las
variables a tener en cuenta a la hora de selección un tipo de árido para la dosificación a
realizar. La geometría depende de la petrología de la roca y del proceso de producción
de árido, existiendo cuatro grupos de árido, redondeado o rodado, proveniente de ríos
y costas; angulosos, generalmente provenientes del machaqueo; lajosas o planas; y
aciculares (19). La geometría del árido empleado afecta a la trabajabilidad del material
en estado fresco y a la resistencia del material en estado endurecido.
2.6.3. Relación a/c
El agua es un componente indispensable en la fabricación de un material
cerámico en base cemento, como el hormigón y mortero. Es el componente encargado
de producir las reacciones químicas de hidratación necesarias para que se desarrollen
las fases que aportan resistencia mecánica y compacidad al sólido.
La cantidad de agua o la relación a/c empleada en la fabricación de un hormigón
o mortero es una variable de gran importancia debido a su elevada influencia en las
propiedades mecánicas (compresión y flexión), en la durabilidad del material y en sus
propiedades en estado fresco, siendo necesario tener un gran control sobre la misma.
Es necesario dividir la influencia de la relación a/c en los dos estados que presenta el
material, en primer lugar, en estado fresco y en segundo lugar en estado endurecido
(22).
• Estado fresco: la relación a/c en estado fresco afecta a la trabajabilidad, fluidez y
plasticidad de la mezcla, propiedades muy importantes para la puesta en servicio
del material y desde el punto de vista de los operarios que realizan su ejecución. En
hormigones la consistencia se determina a partir del cono de Abrams (Figura 2.17),
midiendo el asentamiento del cono es posible conocer su consistencia y por lo tanto
su fluidez y trabajabilidad (22). Además, es posible determinar el comportamiento
reológico del material, pudiendo conocer su fluidez, viscosidad y su evolución a lo
largo del tiempo. El comportamiento reológico de un hormigón o mortero está
marcado por la reología de la pasta, es decir, la mezcla de agua, cemento y las
adiciones de granulometría menor, para determinar el comportamiento reológico
se emplean varios métodos que relacionan la velocidad de deformación con la
tensión de cizalladura aplicada, los métodos más aplicados son el modelo de
Bingham y el de Herschel-Bulkley (23). La consistencia, trabajabilidad y fluidez de la
mezcla aumenta al aumentar la relación a/c, siendo necesario que se produzca una
segregación de los áridos y cumpliendo con la resistencia a compresión que es
necesaria alcanzar.
Capítulo 2 29
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.17. Asentamiento mediante cono de Abrams.
• Estado endurecido: la relación a/c es el factor que mayor influencia tiene sobre la
resistencia final del material en estado endurecido. La mayor o menor presencia de
agua en la mezcla provoca una variación en el volumen de huecos capilares, los
cuales juegan un papel muy importante en las propiedades mecánicas y físicas del
hormigón o mortero y por lo tanto en su durabilidad (24). Al aumentar la relación
a/c, aumenta la cantidad de agua libre que no ha reaccionado con el cemento,
produciéndose un aumento del volumen de huecos capilares. Una vez ha finalizado
el proceso de hidratación del cemento Portland se produce la conexión de los
huecos capilares dando lugar a la porosidad. La red de poros generada en el
hormigón o mortero reduce la resistencia mecánica ya que son zonas vacías que no
aportan resistencia mecánica, además lo poros generan pequeñas fisuras en el
interior del material debilitándolo. La durabilidad también se ve disminuida al
aumenta el volumen de poros ya que al estar interconectados entre sí facilitan la
penetración y transporte de elementos agresivos desde el exterior al interior del
material, produciendo el ataque del mismo. La porosidad y su interconexión se
determinan a través del ensayo de permeabilidad (22). Desde el punto de vista de
la resistencia mecánica del material y de su durabilidad es necesario trabajar con la
menor relación a/c (Figura 2.18), consiguiendo la mayor resistencia mecánica a
compresión y la mayor durabilidad del material, debido a la baja porosidad.
Figura 2.18. Variación de la resistencia a compresión en función de la a/c.
30 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
La resistencia a compresión de un hormigón convencional alcanza a los 7 días el 70%
de la esperada a los 28 días, no obstante, varía según el tipo de cemento empleado,
si es normal o de elevada resistencia inicial, a los 14 días alcanza el 85 % de la
resistencia esperada a los 28 día (22). La resistencia a compresión del hormigón
continúa aumentando muy ligeramente a lo largo de su vida en servicio (Figura
2.19), siendo muy importante realizar un correcto proceso de curado. Mediante el
curado se asegura que el material se encuentra en las condiciones adecuadas de
temperatura y humedad para que se produzca la hidratación completa del cemento
y por lo tanto que desarrolle por completo sus propiedades mecánicas y físicas, en
el caso de que las condiciones no sean adecuadas el proceso de hidratación puede
ralentizarse o incluso interrumpirse (24), pudiéndose perder hasta el 30 % de la
resistencia esperada. Es recomendable realizar el curado durante 28 días, pero
depende de la posibilidad de realizarlo y de si realmente es necesario (22).
Figura 2.19. Evolución de la resistencia a compresión a lo largo del tiempo.
La dosificación de hormigón y mortero debe realizarse optimizando tanto el
comportamiento en estado freso como el comportamiento en estado endurecido,
asegurando que se cumplen con los requisitos mecánicos y de durabilidad exigidos para
su aplicación y para el ambiente de exposición.
2.6.4. Aditivos
Los aditivos son aquellas sustancias o productos, de origen químico, que se
incorporan al hormigón o mortero antes o durante el proceso de amasado en un
porcentaje inferior al 5 % spc, modificando las propiedades del material en estado fresco
y/o endurecido (21). La utilización de aditivos en la fabricación de hormigón o mortero
es habitual, empleándose en la fabricación del 90-95 % de hormigón en España, además
han contribuido al desarrollo de hormigones y morteros de altas prestaciones,
mejorando su comportamiento mecánico y durabilidad con un bajo coste.
Capítulo 2 31
Sergio Ramírez Luque
Los aditivos pueden clasificarse en base a su función, entendida como la
modificación positiva de alguna de las características del hormigón, siendo la función
principal la modificación más importante de una única propiedad, mientras que la
función secundaria se corresponde con la modificación adicional que puede producir el
aditivo sobre el hormigón o mortero (21). La clasificación se realiza en base a lo indicado
en la norma UNE-EN 934-2. La norma UNE-EN 934-2 es de obligado cumplimiento para
todos los fabricantes de aditivos que quieran comercializar sus productos en la Unión
Europea (25).
• Reductor de agua / Plastificante
• Reductores de agua de alta actividad / Superplastificantes
• Acelerantes del fraguado
• Acelerantes del endurecimiento
• Retardadores del fraguado
• Inclusores de aire
• Retenedores de agua
• Hidrófugos en masa
• Reductores de agua de alta actividad / Superplastificantes / Retardadores
del fraguado
• Reductores de agua / Plastificantes / Aceleradores del fraguado
• Multifuncionales
• Retardadores de fraguado / Plastificantes / Reductores de agua
Los aditivos de mayor importancia en el hormigón o mortero proyectado son los
plastificantes, superplastificantes y los acelerantes del fraguado, los dos primeros serán
tratados en el presente apartado mientras que los aditivos acelerantes del fraguado
serán tratados en el siguiente apartado de manera más extensa.
Los plastificantes y superplastificantes, como se ha indicado anteriormente, se
encuentran contemplados en la norma UNE-EN 934-2, formalmente se denominan
reductores de agua a los primeros y reductores de agua de alta actividad a los segundos.
Los aditivos plastificantes y superplastificantes son incorporados al hormigón o mortero
con tres objetivos claramente diferenciados: reducir la relación a/c sin afectar a la
trabajabilidad en estado fresco, mejorar la resistencia mecánica y durabilidad del
material, aumentar la fluidez manteniendo la misma relación a/c por lo que la
resistencia mecánica y la durabilidad no se ven afectadas y optimizar el contenido de
cemento y la relación a/c para obtener hormigones o morteros con la misma
consistencia y trabajabilidad sin afectar a la resistencia mecánica (26).
Los aditivos plastificantes y superplastificantes se incluyen en la categoría de
tensioactivos, ya que tienen influencia en la actividad superficial de aquellos procesos
32 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
donde existe un contacto entre un elemento en estado sólido y otro en estado líquido.
Los principales grupos funcionales de ambos tipos de aditivos son del tipo carboxilo,
hidroxilo, sulfonato o metafosfato que posibilitan la disolución del aditivo en un medio
acuoso, por todo esto son clasificados como tensioactivos aniónicos. Además, se
incluyen dentro de los tensioactivos poliméricos ya que presentan un elevado peso
molecular y una repetición de una cierta secuencia determinada de unidades
moleculares, característico de los materiales poliméricos. La clasificación de este tipo de
aditivos se realiza en función de la familia química a la que pertenecen, en el caso de los
plastificantes pueden clasificarse en: lignosulfonatos modificados (LS), sales de ácido
hidroxicarboxílico y derivados de polisacáridos. Los superplastificantes pueden dividirse
en: sales de condensado de naftaleno sulfonado y formaldehído (SNF), sales de
condensado de melamina sulfonada y formaldehído (SMF) y los aditivos denominados
de nueva generados (PCE) (26).
• Plastificantes: el lignosulfonato es un producto secundario obtenido en los
procesos de extracción de la celulosa, con un contenido en azúcar de entre el 1-30
%. Actualmente los plastificantes empleados se basan en lignosulfonatos
modificados o LS, tratados para reducir el contenido de azucares mediante
fermentación. El empleo de este tipo de aditivos da lugar a efectos secundarios,
concretamente incorporan aire al hormigón o mortero y retrasan el fraguado
debido al alto contenido en azucares que presenta (26).
• Superplastificantes: los primeros superplastificantes producidos fueron el SNF y el
SMF, cuyas características están determinadas por las condiciones del proceso de
fabricación. Presentan numerosos grupos funcionales de tipo sulfonato capaces de
conferir un carácter negativo a la partícula de cemento sobre la que se absorben.
En el caso de que la polimerización haya sido baja se generan burbujas de aire
atrapadas ya que tiene a disminuir la tensión superficial de la fase acuosa del
hormigón, por el contrario, si la polimerización ha sido alta, su efectividad para
reducir la relación a/c y aumentar la trabajabilidad aumenta. Actualmente se
emplean superplastificantes denominados de forma genérica como policarboxilatos
(PCE) o superplastificantes de nueva generación, los cuales presentan gran
flexibilidad, obteniendo unas propiedades determinadas en cuanto a capacidad
dispersante, retraso de fraguado y retención de la trabajabilidad. La capacidad
reductora de agua o capacidad fluidificante es muy superior a la de los SNF o SMF
(26).
El mecanismo de acción de este tipo de aditivos se basa en impedir la formación
de flóculos o agrupaciones de partículas de cemento, actuando sobre la superficie de las
partículas de cemento. La formación de flóculos produce el confinamiento de agua en
su interior, produciendo una disminución de la trabajabilidad de la mezcla y por lo tanto
Capítulo 2 33
Sergio Ramírez Luque
de la cantidad de agua disponible para el producirse el proceso de hidratación. Los
flóculos se generan ya que las partículas de cemento tienen tendencia a agruparse
debido a interacciones electrostáticas y de Van der Waals, al incorporar plastificantes
y/o superplastificantes se reduce el grado de floculación de las partículas de cemento
Figura 2.20 (26).
Figura 2.20. Efecto plastificante y superplastificante.
La interacción entre los aditivos plastificantes y superplastificantes y las
partículas de cemento puede clasificarse en dos grupos (26).
• Interacción física: la dispersión de las partículas de cemento se produce debido a la
absorción de las moléculas del aditivo sobre la superficie de las partículas de
cemento, generando una fuerza repulsiva que impide la formación de flóculos (26).
• Interacción química: existen tres tipos de interacción química entre las partículas
de cemento y el aditivo: adsorción química o selectiva, reacción química con los
productos hidratados del cemento y formación de complejos con Ca2+. El efecto
retardante de fraguado de los superplastificantes se justifica debido a la formación
de complejos entre el aditivo y el Ca2+, disminuyendo la concentración de Ca2+ en
solución y aumentando el tiempo que tarda la solución acuosa en sobresaturarse
de Ca2+ e iniciar la etapa III (aceleración) del proceso de hidratación (26).
La dosificación correcta de los plastificantes y superplastificantes es uno de los
aspectos más importantes, este parámetro determinará las propiedades del material,
principalmente en estado fresco, en su puesta en obra e influirá en el coste. La primera
recomendación cuando se dosifica un aditivo plastificante o superplastificante para
emplear con un hormigón o mortero es seguir las indicaciones de dosificación indicadas
por el fabricante (26). Existen diferentes ensayos para determinar la fluidez de la pasta
de cemento o mortero, conjuntamente es posible determinar la cantidad optima de
aditivo que es necesario incorporar en la dosificación de hormigón o mortero y el punto
de saturación del mismo. Entre todos los ensayos destacan el cono de Marsh y el ensayo
del mini-slump, únicamente se tratará el ensayo del cono de Marsh (26).
34 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
El ensayo del cono de Marsh es un ensayo de elevada rapidez y simpleza que
permite evaluar la fluidez de pastas de cemento y morteros, pudiendo seleccionar la
cantidad de aditivo necesaria para cada una de las dosificaciones de interés. Además, es
posible determinar la dosis de saturación del aditivo, entendida como el punto a partir
del cual la incorporación de un porcentaje mayor de aditivo no produce mejoras en la
fluidez de la mezcla. Por último, también es útil para caracterizar la consistencia del
material y su evolución a lo largo del tiempo. El ensayo es similar al indicado en la norma
ASTM C939. El ensayo consiste verter 800 ml de material en un recipiente metálico
tronco-cónico invertido con una apertura en la parte inferior con un diámetro de 8 mm
para pasta de cemento y de 12,5 mm para morteros (Figura 2.21), y medir el tiempo que
tarda en fluir 200 ml de mezcla. Cuanto menor es el tiempo que tarda en salir los 200
ml, mayor es la fluidez de la mezcla. Tanto el volumen de mezcla introducido como el
que se mide a la salida vienen marcados por la norma (26).
Figura 2.21. Cono de Marsh.
Mediante el ensayo es posible caracterizar diferentes dosificaciones de aditivo,
expresadas como el porcentaje de aditivo spc o como la relación aditivo/cemento,
obteniendo una gráfica como la indicada en la Figura 2.22, donde se observa como a
partir del punto de saturación no se produce una mejora en la fluidez al aumentar el
porcentaje de aditivo incorporado en la mezcla El punto de saturación pude
considerarse como el contenido máximo de aditivo que mejora la fluidez del material en
estado fresco, en el caso de superarla no se produce un aumento y en algunos casos
puede dar lugar a una disminución en la fluidez (26).
Capítulo 2 35
Sergio Ramírez Luque
Figura 2.22. Gráfica modelo ensayo cono de Marsh.
Los resultados obtenidos del ensayo de Marsh pueden relacionarse con los
parámetros reológicos medidos mediante un viscosímetro, será tratado en apartados
posteriores. Además, como se ha indicado anteriormente, realizando el ensayo a
distintas edades del material (en min) se puede determinar la perdida de fluidez de la
mezcla (Figura 2.22) (26).
2.7. ADITIVOS ACELERANTES DEL FRAGUADO
Los aditivos acelerantes del fraguado son un componente esencial en la puesta
en obra de los hormigones o morteros proyectados. La principal función de los
acelerantes es potenciar las reacciones que producen el fraguado de la matriz,
aumentando la resistencia mecánica del material a cortas edades (<24h) (Figura 2.23)
(14). Existen diversos tipos de aditivos acelerantes del fraguado, clasificándose en
función de su composición o componente principal de su formulación química, siendo
tres los tipos de acelerantes más utilizados: silicatos de metales alcalinos, aluminatos de
metales alcalinos y libres de elementos alcalinos. El rango de dosificación y el pH de cada
uno de los aditivos viene indicado en la Tabla 2.8.
Figura 2.23. Influencia de los aditivos acelerantes del fraguado en la resistencia a compresión.
36 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla 2.8. Propiedades principales aditivos acelerantes del fraguado (14).
Propiedad
Tipo
Ricos en Álcalis Libres de Álcalis
Aluminato Silicato Sulfato de aluminio
Dosificación (%) 3-6 12-15 4-7
pH 13-14 12-13 3
Los primeros aditivos acelerantes del fraguado utilizados en la fabricación de
hormigón o mortero proyectado fueron los aditivos basados en metales alcalinos,
aditivos muy agresivos tanto desde el punto de vista ambiental como para los operarios
encargados de su manipulación y puesta en obra debido a su elevado pH (Figura 2.24).
Desde el punto de vista ambiental contribuyen a la salinización, aumentan el estrés
hídrico de suelos y desequilibra el pH de aguas sensibles (27). Estos aditivos están
compuestos por aluminatos y silicatos de sodio o de potasio modificados (27), siendo
actualmente los aditivos en base aluminato los usados en sustitución de los aditivos en
base silicato. Los aditivos en base silicato presentan un rápido fraguado dando lugar a
un material con una considerable menor resistencia mecánica frente a otro tipo de
acelerantes. Los aditivos en base aluminato han sido los aditivos de mayor uso,
presentan un mejor comportamiento que los aditivos en base silicato. Debido a la
incorporación de una cantidad de iones [Al(OH)4]- se produce la rápida formación de
etringita (Aft), dando lugar a un elevado incremento de la resistencia mecánica a corto
plazo. La eficacia de este tipo de aditivos depende de la presencia de iones sulfato y
calcio en el medio. El principal inconveniente de este tipo de acelerantes es que se ve
disminuida su resistencia a largo plazo, una disminución del 20-25 % (6) (14) (28).
Figura 2.24. Rango pH aditivos acelerantes del fraguado y de seguridad.
Los aditivos libres de álcalis han sido los últimos en incorporarse al mercado,
surgieron de la necesidad de emplear un acelerante del fraguado con menor pH,
reduciendo así el riesgo para los operarios que lo manipulan en su puesta en obra y su
Capítulo 2 37
Sergio Ramírez Luque
impacto medioambiental, sin importar que su mayor coste, tanto en su producción
como debido al aumento de su dosificación en hormigones y morteros proyectados. La
tendencia actual es la sustitución total de los aditivos ricos en álcalis basados en
aluminatos o silicatos por aditivos libres de álcalis. Los aditivos libres de álcalis mejoran
la resistencia mecánica y durabilidad a largo plazo en comparación con los aditivos ricos
en álcalis debido a la incorporación de sulfatos en su formulación, además mejoran la
adherencia del hormigón al sustrato, disminuyendo el efecto rebote. Los aditivos libres
de álcalis están formados principalmente por sulfato de aluminio, los iones Al3+ y los
SO42- reaccionan con el C3A y con los iones Ca2+, dando lugar a la formación de etringita.
El aumento de la formación de etringita produce un aumento en la relación
sólido/líquido reduciendo el tiempo de fraguado ya que cada mol de etringita contiene
32 moles de H2O. Este tipo de aditivos aumentan la resistencia mecánica a largo plazo
del material, a corto plazo la resistencia mecánica alcanzada es menor que los aditivos
basados en aluminatos (6) (14).
Las reacciones que tienen lugar (Tabla 2.9) se producen debido a la adición de
una fuente de aluminato extra a través de los aditivos acelerantes del fraguado. Los
productos formados en el proceso de hidratación dependen de la cantidad de iones
sulfatos presentes en el medio. En el caso de que exista una cantidad suficiente de iones
sulfato se produce la etringita como hidrato principal (Ec. 13), al disminuir la cantidad
de iones sulfato el hidrato que formado es el monosulfoaluminato. El resto de
reacciones se producen en ausencia de iones sulfato, la ecuación Ec. 2.15 y Ec. 2.16 son
ejemplos de ello. La reacción Ec. 17 se produce al emplear aditivos acelerantes del
fraguado ricos en álcalis, este tipo de aditivo tienen sodio en su composición, dando
lugar a una fase conocida como fase U, esta fase presenta una menor densidad y mayor
solubilidad que el monosulfoaluminato (14).
Tabla 2.9. Reacciones al emplear aditivos acelerantes del fraguado (14).
Reacción Ecuación
��3++3��-⇄��(��)3+��-⇄[��(��)4]- Ec. 2.12
2[��(��)4]-+6��2++4��-+ !"42-+26�2�⇄�6�S̀3�32 Ec. 2.13
2[��(��)4]-+4��2++4��-+!"42-+6�2�⇄�4�S̀�12 Ec. 2.14
2[��(��)4]-+4��2++6��-+6 �2�⇄�4��13 Ec. 2.15
2[��(��)4]-+2��2++2��-+3�2�⇄�2��8 Ec. 2.16
1,8[��(��)4]-+4��2++5��-+1,1!"42-
+$%++9,9�2�⇄�4�0,9S̀1,1&�0,5�12
Ec. 2.17
Los productos de hidratación formados, como se ha comentado anteriormente,
dependen del contenido SO42- y por lo tanto de la relación Al3+/ SO4
2-, en el caso de que
38 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
dicha relación sea igual a 0,66 se produce la formación de etringita (�6�S`3�32), en el caso
de que la relación sea superior a 2, se produce la formación de monosulfoaluminato
(�4�S`�12). Entre 0,66 y 2 se produce la formación de ambos tipos de fases hidratadas.
La hidratación de los silicatos también se ve alterada al introducir aditivos acelerantes
del fraguado, modificándose dos de las etapas del proceso de hidratación. En la etapa 1
la presencia del aditivo acelerante del fraguado acelera la disolución del C3S para buscar
el equilibrio químico, acortando el período de inducción. Además, el aluminato aportado
por el acelerante del fraguado favorece la nucleación y crecimiento a edades tempranas
del monosulfoaluminato sobre la partícula de cemento, pudiendo reducir la hidratación
de la alita hasta en un 6%, esto explicaría en parte la menor resistencia mecánica
observada en hormigones y morteros incorporando aditivos acelerantes del fraguado
frente a mezclas sin aditivo acelerante (14), disminuyendo el tiempo en el que se
produce la etapa III (aceleración) del proceso de hidratación.
2.8. COMPORTAMIENTO REOLÓGICO MORTERO Y HORMIGÓN
La caracterización reológica de morteros y hormigones fabricados mediante
cemento Portland es necesaria para poder conocer y estudiar su consistencia y
trabajabilidad, que en el caso del hormigón o mortero proyectado se relaciona con su
capacidad de bombeo y mezclado con los aditivos acelerantes del fraguado en la
boquilla de proyección. Conocer el comportamiento del material desde el punto de vista
de la reología ayuda a conocer la nano y microestructura del material, siendo posible
optimizar las dosificaciones y por lo tanto el rendimiento del material (29).
Los métodos que permiten determinar la fluidez o trabajabilidad de los
materiales en base cemento son: flow table test (diámetro de torta o spread), cono de
Abrams, cono de Marsh, caja en L, etc. La principal ventaja de este tipo de ensayos es su
bajo coste y la posibilidad de poder realizarlos a pie de obra, sin embargo, este tipo de
ensayos son muy sensibles al operario por lo que los resultados pueden variar
significativamente. Debido a esto son necesarios métodos o ensayos que permitan
determinar los parámetros reológicos, necesarios para conocer la fluidez y
trabajabilidad del material, empleándose por tanto viscosímetros y reómetros (29).
2.8.1. Fundamentos Reología
La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de
materia bajo la influencia de una fuerza mecánica. El comportamiento y caracterización
reológica de los materiales se define a través de una curva de flujo, obtenida en el caso
del hormigón o mortero mediante un reómetro, que representa en sus ejes el esfuerzo
aplicado (τ, tensión de corte) y el gradiente de velocidades de deformación (γ) (30). Los
conceptos básicos de reología pueden ser explicados a través del modelo de placas
Capítulo 2 39
Sergio Ramírez Luque
paralelas (Figura 2.25). Este modelo tiene en cuenta que el espacio intermedio entre
placas está ocupado por fluido, donde al aplicar una fuerza mecánica de cizalla en el
plano superior, produce un esfuerzo de cizalla (τ), definido como la fuerza aplicada entre
el área (A) del plano superior, dando lugar a un régimen laminar en el que la velocidad
de las capas del fluido disminuye al aumentar la distancia (Δx) con el plano cizallado (29).
Figura 2.25. Modelo de placas paralelas (29).
La clasificación de los líquidos y suspensiones puede dividirse en dos grandes
grupos en función de sus propiedades reológicas y su comportamiento reológico (29):
• Newtonianos
• No newtonianos
Los fluidos newtonianos son aquellos fluidos que cumplen la ley de Newton,
existiendo una relación lineal entre el esfuerzo de cizalla y la velocidad de deformación
o velocidad de cizalla. La viscosidad plástica, entendida como la resistencia del material
a fluir, se corresponde con la pendiente de la recta de la curva de flujo. En los fluidos
newtonianos no se produce una variación de la viscosidad plástica con la velocidad de
deformación, siendo constante con el tiempo (Figura 2.26). La viscosidad plástica en los
fluidos newtonianos solo depende de la temperatura y la presión, siendo independiente
de las fuerzas aplicadas sobre el fluido (29).
Figura 2.26. Curva de flujo en fluidos newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos newtonianos (b).
40 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Los fluidos no newtonianos son aquellos en los que la viscosidad plástica es
función de la velocidad de deformación. Existen diversos tipos de fluidos no
newtonianos: fluidos Bingham, pseudoplásticos y dilatantes. El modelo de Bingham es
el modelo más simple para definir el comportamiento de los fluidos no newtonianos,
siendo el modelo que mejor representa el comportamiento reológico de pastas,
morteros y hormigones (30). Los materiales que se ajustan a este modelo presentan un
valor de esfuerzo de corte umbral (τ0), que coincide con el punto de corte con el eje de
ordenadas, correspondiéndose con el esfuerzo inicial que es necesario vencer para que
el material comience a fluir. Este comportamiento se asocia con la unión y la fusión
inicial de los flóculos de cemento. Por debajo del valor umbral no se produce ningún tipo
de movimiento, al superar dicho punto el material se comporta como un fluido
newtoniano. La pendiente de la recta, de la misma manera que en los fluidos
newtonianos, se corresponde con la viscosidad plástica y se asocia con el tamaño de los
flóculos formados (Figura 2.27) (29) (30).
Figura 2.27. Curva de flujo en fluidos tipo Bingham (a). Curva viscosidad plástica en fluidos tipo Bingham (b).
Los fluidos pseudoplásticos y dilantes son fluidos con comportamiento no
newtoniano. En el caso de los de los fluidos pseudoplásticos, la viscosidad plástica
disminuye al aumentar la velocidad de deformación, siendo el comportamiento de los
fluidos dilatantes opuesto, aumentando la viscosidad plástica al aumentar la velocidad
de deformación. La viscosidad en estos fluidos se corresponde con la tangente de la
curva en cada uno de los puntos, denominada viscosidad aparente. Este tipo de fluidos
se ajustan a la ley de Ostwald-de Waele (' = ( ∙ ())*), donde n es el índice de fluidez y
K es el factor de consistencia. Además, es posible que el material o fluido se ajuste al
modelo de Herschel-Bulkley cuando se ajusta a la ley de potencia y se observa un valor
de esfuerzo de corte umbral por encima del comienzan a comportarse como fluidos
pseudoplásticos o dilatantes (' = '+ + ( ∙ ())*). Este modelo reológico se ajusta
Capítulo 2 41
Sergio Ramírez Luque
correctamente al comportamiento de algunos tipos de hormigones, como es el caso de
los hormigones autocompactantes (Figura 2.28) (29) (30).
Figura 2.28. Curva de flujo en fluidos no newtonianos (a). Curva viscosidad plástica en fluidos no newtonianos (b).
Por último, algunos materiales o fluidos con comportamiento no newtoniano
presentan un cambio de viscosidad con el tiempo. Este tipo de materiales presentan dos
comportamientos: tixotropía y anti-tixotropía o reopexia.
El comportamiento reológico y por lo tanto los parámetros reológicos, esfuerzo
de corte y viscosidad plástica, pueden determinarse de forma cuantitativa únicamente
empleando reómetros y viscosímetro. El procedimiento de ensayo empleando en la
presente tesis será descrito en el siguiente capítulo. Sin embargo, es necesario disponer
de un ensayo o técnica posible de ejecutar a pie de obra y mediante el cual sea posible
estimar el comportamiento reológico de morteros y hormigones. El ensayo que más se
emplea es el ensayo de extensión de cono o slump flow, basado en el ensayo del cono
de Abrams, con la diferencia de que en este el material se coloca en el interior del cono
sin ningún tipo de compactación. Mediante este ensayo se evalúa la capacidad de fluir
del material, además se puede valorar de forma visual la existencia de segregación, que
se identifica por la presencia de una aureola de pasta o mortero alrededor del perímetro
exterior de la extensión del flujo y/o por la presencia de áridos gruesos acumulados,
sobre todo en el centro del material asentado. La medida fundamental en este ensayo
es el diámetro final de extensión (Df), conjuntamente se mide el tiempo que tarda el
material en alcanzar un diámetro igual a 500 mm (T50) y el tiempo final de extensión de
flujo (Tf), momento en el que la muestra deja de moverse. El valor de Df puede
relacionarse con el esfuerzo umbral de corte de hormigones y morteros. La viscosidad
plástica y la cohesión del material se estima a partir de T50 y Tf, a mayor tiempo mayor
viscosidad plástica de la mezcla y por lo tanto mayor cohesión de la misma. Mediante
este ensayo es posible determinar de forma cualitativa el comportamiento reológico de
una mezcla, siendo necesario en primer lugar, realizar un estudio reológico empleando
42 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
un reómetro, así los parámetros reológicos a una edad determinada, para luego poder
relacionar los resultados obtenidos con el ensayo de extensión de flujo.
2.8.2. Factores Influyen en la Reología
La reología de los materiales cementantes se ve afectada por cada uno de los
materiales o elementos que lo forman y por las condiciones en las que se fabrica el
material, ya sea pasta, mortero u hormigón. Los principales factores que afectan a la
reología de los materiales cementantes son:
• Relación a/c
• Finura del cemento
• Composición del cemento
• Aditivos
• Árido
La relación a/c es el principal factor que afecta al comportamiento reológico de
los materiales cementantes en estado freso, además como se ha comentado en
apartados anteriores, afecta a la porosidad y la resistencia mecánica del material. El
aumento de la relación a/c produce una reducción de la viscosidad plástica y el esfuerzo
de cizalla de forma exponencial, dando lugar a un aumento en la trabajabilidad del
material debido a la existencia de un exceso del agua necesaria para producir la
hidratación de las partículas de cemento. El aumento de trabajabilidad y por tanto el
aumento de la relación a/c presenta un límite a partir del cual se produce la segregación
de los distintos componentes que forman los hormigones y morteros. Por el contrario,
la disminución de la relación a/c produce un aumento en el valor del esfuerzo de cizalla
máximo en materiales cementantes, debido al aumento de volumen de sólidos
disminuyendo la distancia media entre partículas y por tanto aumentando la fuerza
existente entre partículas (Figura 2.29) (29).
Figura 2.29. Variación esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica con la relación a/c (variación (29))
Capítulo 2 43
Sergio Ramírez Luque
La finura del cemento (Tabla 2.10) es otros de los factores que afectan a la
reología de los materiales cementantes ya que condiciona la cantidad de agua necesaria
para obtener la fluidez deseada. Además, es necesario tener en cuenta que las partículas
de cemento fino se hidratan más rápidamente que las partículas más gruesas. La finura
del cemento Portland viene determinada por su superficie específica, medida en cm2/g.
En el caso del cemento Portland no es posible separar sus partículas mediante mallas o
tamices por lo que es necesario emplear otro tipo de métodos como el de permeabilidad
de aire de Blaine, mediante el cual se obtiene la superficie específica al hacer pasar una
cantidad determinada de aire por una muestra preparada. El aumento de la finura del
cemento aumenta de forma exponencial tanto el esfuerzo umbral de cizalla como la
viscosidad plástica del mortero y hormigón (Figura 2.30), siendo constante la
dosificación empleada. En la Ec. 2.18 y la Ec.2.19 se observa como la superficie específica
(Sv) es función de ambos parámetros reológicos, siendo las constantes k1 y k2
dependientes de la relación a/c empleada en la dosificación (29).
'+ = ,- ∙ �.�,/� 12. 2.18
4 = ,� ∙ �.�,�5 12. 2.19
Tabla 2.10. Valores superficie específica Blaine distintos tipos cementos fabricante Cimens Molins (Cataluña).
Tipo Cemento Superficie específica
Blaine (m2/kg)
CEM I 52,5 R – SUPER DRAGON 460
CEM II/B-L 32,5 N - DRAGÓN 460
CEM II/A-L 42,5 R - DRAGÓN AL 390
Figura 2.30. Influencia superficie especifica Blaine en la resistencia al flujo (29).
La composición del cemento también afecta al comportamiento reológico del
material resultante, ya sea pasta, mortero u hormigón, siendo el contenido de C3A el
44 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
componente del cemento que más afecta a este comportamiento. La relación entre la
composición de cemento y los parámetros reológicos, se debe a la elevada reactividad
que presenta el aluminato tricálcico o C3A, siendo su hidratación muy rápida, como se
ha comentado en apartados anteriores. Además, esta fase tiene mayor afinidad por los
aditivos plastificantes y superplastificantes que el resto de fases presentes en la
composición del cemento. Desde el punto de vista reológico el aumento del contenido
de C3A produce un aumento en el esfuerzo umbral de corte y en la viscosidad plástica,
debido a su rápida reacción y consumo del agua y los aditivos plastificantes y
superplastificantes presentes en la dosificación, dando lugar a la rápida formación de
etringita, con su consiguiente aumento de ambos parámetros reológicos. La relación
existente entre el contenido de C3A y el aumento de los parámetros reológicos es lineal.
La disminución del contenido de C3A produce una disminución en el esfuerzo umbral de
corte y la viscosidad plástica, lo que se traduce en una mejor trabajabilidad y mejor
consistencia, por el contrario, la resistencia a compresión a cortas edades (1-3 días) se
ven afectadas. Por último, el efecto de la composición del cemento o el contenido de
C3A sobre el comportamiento reológico es menor que la finura o superficie específica de
Blaine.
Los aditivos plastificantes y superplastificantes son muy empleados en las
dosificaciones de pastas, morteros y hormigones, influyendo de manera significativa en
el comportamiento reológico de estos materiales (Figura 2.31). La adición de aditivos
plastificantes y superplastificantes producen una disminución de ambos parámetros
reológicos, tanto del esfuerzo umbral de corte como de la viscosidad plástica,
produciéndose una mayor disminución en el primer parámetro reológico. La
incorporación de aditivos plastificantes o superplastificantes no modifica el modelo
reológico al que se ajustan las pastas, morteros u hormigones donde se emplean, siendo
el modelo que los caracteriza el de Bingham. El efecto sobre los parámetros reológicos
depende de la dosificación empleada, siendo dependiente del tipo de cemento
empleado, árido empleado, etc.
Figura 2.31. Efecto porcentaje aditivo superplastificante en los parámetros reológicos.
Capítulo 2 45
Sergio Ramírez Luque
El tipo de árido empleado en la dosificación es el último de los factores que va a
ser tratado y que afectan al comportamiento reológico de pastas, morteros y
hormigones. La influencia del árido en el comportamiento reológico del material
fabricado puede analizarse teniendo en cuenta las diferentes características del árido
empleado, en total tres. La primera de ella es la relación árido/cemento. Para una misma
relación a/c el aumento de la cantidad de cemento, manteniendo constante la cantidad
de árido empleado, produce un aumento de la trabajabilidad y una disminución de los
parámetros reológicos ya que aumenta la cantidad de pasta presente para cubrir los
áridos y llenar los espacios existentes entre las partículas de árido. El aumento de la
cantidad de cemento y por lo tanto de la reducción de la relación árido/cemento, tiene
un mayor efecto en la viscosidad plástica, mientras que el esfuerzo umbral de corte no
se ve apenas afectado (29).
La segunda característica del árido que afecta al comportamiento reológico de
pastas, morteros u hormigones es la forma, naturaleza y textura de los áridos
empleados. Los parámetros reológicos, esfuerzo umbral de corte y viscosidad plástica
se ven aumentados al producirse una desviación de la forma de los áridos, siendo la
forma esférica la referencia. Al producirse esta desviación y aumentar la angularidad de
los áridos se genera un aumento en ambos parámetros reológicos, siendo la viscosidad
plástica el parámetro que mayor aumento sufre. Como se ha indicado anteriormente la
concentración de árido también afecta a ambos parámetros reológicos (Figura 2.32)
(29).
Figura 2.32. Efecto de la cantidad y forma de las partículas de árido en los parámetros reológicos.
La naturaleza del árido también afecta al comportamiento reológico, siendo en
este caso mejores los áridos reciclados que los áridos naturales al disminuir ambos
parámetros reológicos debido a la mayor relación cemento-agua de los materiales
fabricados con áridos reciclados. Desde el punto de vista del comportamiento mecánico,
el empleo de áridos reciclados hace disminuir la resistencia mecánica de las mezclas
fabricadas. Por último, es importante conocer la distribución granulométrica y el tamaño
46 Estado del Arte
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
de partícula, ya que afecta al comportamiento reológico y la trabajabilidad de los
materiales fabricados. Además, la granulometría afecta a la densidad de
empaquetamiento y al contenido de vacíos. Una distribución granulométrica variada
disminuye la viscosidad plástica debido a que las partículas finas llenan los espacios que
dejan las partículas grandes, dando lugar a un mayor grado de empaquetamiento. La
escasez o exceso de alguna de las fracciones granulométricas generar una disminución
en la trabajabilidad, siendo la demanda de agua más elevada en el caso de la fracción
fina del árido, generando una disminución en la trabajabilidad de la mezcla y su
consiguiente efecto en el comportamiento reológico. Los áridos con menor tamaño de
partícula presentan mayores valores de esfuerzo umbral de corte ya que al disminuir el
tamaño de partícula se aumenta el área superficial de las partículas de árido, generando
el aumento de las fracciones entre partículas ya que requiere mayor cantidad de
cemento para recubrir las partículas (29). La Tabla 2.11 muestra un resumen de la
influencia de los distintos factores en el comportamiento reológico de materiales
cementantes.
Tabla 2.11. Factores que influyen al comportamiento reológico de materiales cementantes (29).
Factor Acción Esfuerzo de
Corte Viscosidad
Relación a/c Aumentar contenido
agua Disminuye Disminuye
Finura del cemento Aumento finura Aumenta Aumenta
C3A del cemento Aumento C3A Aumenta Aumenta
Aditivo
superplastificante - Disminuye Disminuye
Relación árido/c Aumento contenido
cemento Disminuye Disminuye
Forma árido Más angulares Aumenta Aumenta
Textura árido Más rugosas Aumenta Aumenta
Granulometría árido Variada Disminuye Disminuye
Tamaño árido Más finos Aumenta Aumenta
Capítulo 3 47
Sergio Ramírez Luque
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA
3.1. INTRODUCCIÓN
El principal objetivo del presente capítulo se centra en exponer la campaña
experimental llevada a cabo para cumplir con los objetivos indicados en el capítulo 1
En primer lugar, se realiza un análisis del sistema de proyección a pequeña escala
existente en el LATEM, para posteriormente identificar los puntos de mejora que son
necesarios implementar. Una vez identificados se expone la implementación de las
mejoras que se han realizado en el sistema de proyección a pequeña escala para
optimizar y mejorar el control durante el proceso de proyección de mortero.
Una vez definidas las mejoras implementadas se expone la campaña
experimental llevada a cabo para caracterizar el mortero proyectado empleando
distintos tipos y porcentajes de aditivo acelerante del fraguado. Además, se especifica
cada uno de los ensayos llevados a cabo para la caracterización del material.
3.2. SISTEMA DE PROYECCIÓN A PEQUEÑA ESCALA
El sistema de proyección a pequeña escala o escala de laboratorio existente en
el LATEM de la Universitat Politècnica de Catalunya está formado por cinco elementos
claramente diferenciados, cada uno de ellos con una función específica. Este sistema de
proyección ha sido el sistema empleado en diversas campañas experimentales e
investigaciones previas hasta la realización de las modificaciones indicadas en la
presente tesis.
El montaje del sistema de proyección existente viene indicado en la Figura 3.1,
indicando cada uno de los elementos del equipo de proyección, los cuales serán
detallados a continuación de forma individual. Además de los elementos mostrados en
la Figura 3.1 se emplea un caudalímetro.
48 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.1. Montaje sistema de proyección (31).
• Bomba Aditivo Acelerante del Fraguado: se corresponde con una bomba de
diafragma o membrana tipo P.025 del fabricante Wilden (Figura 3.2). La presión
máxima de trabajo es de 8,6 bar, el tamaño máximo de partícula admisible es 4 mm
y el caudal máximo es 18,1 l/min. La bomba es accionada mediante aire
comprimido. El aire comprimido mueve las dos membranas existentes en la zona
central de la bomba, provocando un aumento de la presión en el interior de las
cámaras, variando el volumen en cada una de ellas y produciendo el empuje del
líquido de su interior. La alimentación de aditivo acelerante del fraguado se realiza
por la parte inferior de la bomba, la salida de aditivo acelerante del fraguado se
produce por la parte superior (Figura 3.3).
Figura 3.2. Bomba aditivo acelerante del fraguado Wilden P.025 (a). Funcionamiento bomba de diafragma o membrana (b).
Capítulo 3 49
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.3. Detalle montaje bomba aditivo acelerante del fraguado.
• Caudalímetro: el caudalímetro empleado es el modelo FPD3002 del fabricante
Omega (Figura 3.4), correspondiente a un caudalímetro de desplazamiento positivo.
Los caudalímetros de desplazamiento positivo miden el volumen de fluido que pasa
a través de ellos mediante componentes rotativos encapsulados en su interior
(Figura 3.4), donde la velocidad de rotación es directamente proporcional a la tasa
de flujo o caudal, ya que el caudal de fluido es el causante de la rotación. Las
principales ventajas de este tipo de equipos son su alto nivel de precisión, capacidad
de soportar una gran variedad de viscosidades de fluido, capacidad de trabajar
hasta 1 bar de presión y su bajo mantenimiento. El principal inconveniente de este
tipo de equipos es su limitación con fluidos que tengan partículas grandes en
suspensión. El montaje del caudalímetro se detalla en la Figura 3.5, la alimentación
de aditivo acelerante de fraguado se realiza por la parte derecha mientras que la
salida se realiza por la parte izquierda, además se incorporó un baipás para poder
continuar con el proceso de proyección si se producía un atasco. Por último, se
incorporaron llaves de cierre tanto a la entrada como a la salida de aditivo, así como
en el baipás.
Figura 3.4.Caudalímetro Omega FPD3002 (a). Funcionamiento caudalímetro (b).
50 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.5. Detalle montaje caudalímetro.
• Bomba de Mortero: la bomba empleada es el modelo UP Pictor (Figura 3.6)
fabricada por la empresa MAI International y distribuida en España por la empresa
UBIP (útiles para el bombeo y proyectado). La bomba dispone de una tolva para
realizar la alimentación de material en la parte superior, el material es transportado
mediante gravedad hasta la parte inferior donde se encuentra el tornillo sin fin
rodeado de una camisa estanca. El tornillo sin fin impulsa el material hasta la
manguera de transporte. La bomba tiene un motor de 1,5 kW alimentado a 230 V
con una distancia de bombeo de 30 m y con caudal regulable, es una bomba diseña
para bombear morteros y otro tipo de mezclas.
Figura 3.6. Bomba de mortero UP Pictor (a). Compresor modelo B2800B/30 (b).
• Boquilla de Proyección: la boquilla o lanza de proyección empleada es el modelo
DECO del fabricante MAI y distribuida por el proveedor UBIP (Figura 3.7). La boquilla
posee tres entradas y una salida, la entrada de mortero se realiza por la zona central
de la boquilla, fluyendo de forma individual, el aire comprimido proveniente del
Capítulo 3 51
Sergio Ramírez Luque
compresor entra por la entrada situada en la parte superior mientras que el aditivo
acelerante del fraguado entra por la parte inferior, tanto aire como aditivo se
mezclan en la parte central de la boquilla antes de llegar a la punta, donde se
mezclan los tres componentes (aire, mortero y aditivo).
Figura 3.7. Boquilla de proyección (31) (a). Detalle montaje punta boquilla (b).
La boquilla está formada por cinco partes claramente diferenciadas que son
ensamblada, obteniendo el conjunto indicado en la Figura 3.7. Las partes 1, 2 y 3
son ensambladas entre sí a través de la rosca existente en la parte 3, entre la parte
2 y 3 se coloca un hilo de teflón sellador para asegurar que no existe ningún tipo de
fuga.
• Compresor: el compresor empleado es un compresor de pistón del fabricante
NUAIR, distribuido por la empresa UBIP (Figura 3.6). El compresor empleado es el
modelo B2800B/30 con una potencia de 2,2 kW, una capacidad de la caldera de 30
l y una capacidad de aire aspirado de 330 l/min. La presión máxima de trabajo es de
10 bar, alimentado a 230 V.
• Manguera Transporte de Mortero: se corresponde con una manguera de longitud
igual a 4m con un diámetro exterior de 40 mm y un diámetro interior de 20 mm
(Figura 3.8), diámetro suficiente para facilitar el paso de mortero sin ningún
problema.
Figura 3.8. Manguera transporte de mortero.
52 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
3.3. IMPLEMENTACIÓN DE MEJORAS SISTEMA DE PROYECCIÓN
La implementación de mejoras en el sistema de proyección a pequeña escala se
ha centrado en la modificación de los componentes o elementos que presentan un peor
comportamiento y por lo tanto dificultan el proceso de proyección. Los elementos que
se han modificado han sido la bomba de aditivo y el caudalímetro, consiguiendo que el
proceso de proyección se facilite y agilice, se tenga un mayor control sobre el porcentaje
de aditivo empleado en la dosificación y por último que sea posible realizar la proyección
de mortero con aditivos acelerantes del fraguado que sean suspensiones.
Anteriormente la proyección con suspensiones era prácticamente imposible debido al
mecanismo de funcionamiento de la bomba de aditivo y del caudalímetro, pudiéndose
proyectar únicamente disoluciones. Con las mejoras implementadas es posible
proyectar ambos tipos de aditivos acelerantes del fraguado.
3.3.1. Bomba de Aditivo
La modificación más importante que se ha realizado sobre el sistema de
proyección a pequeña escala existente en el LATEM, y descrito en el apartado anterior,
ha sido la sustitución de la bomba de aditivo existente. La bomba de aditivo P.025 realiza
el bombeo del líquido a través del movimiento lateral de una membrana de forma
alterna, trabajando a pulsos y provocando que el caudal de aditivo acelerante del
fraguado no sea constante. Debido a la variación de caudal en el bombeo de aditivo
acelerante del fraguado se produce una falta de aditivo en la boquilla de proyección que
genera una diferencia de concentración de aditivo acelerante del fraguado en el mortero
proyectado, dando lugar a una mayor variación de las propiedades del material
resultante. Además, esta bomba no permite el bombeo de aditivos acelerantes del
fraguado en suspensión, siendo necesario caracterizar este tipo de aditivos acelerantes
del fraguado ya que se están desarrollando comercialmente.
La nueva bomba de aditivo implementada es el modelo NEMO NM008BY03S12B
del fabricante y distribuidor Netzsch. La bomba está diseñada para realizar un bombeo
continuo y sin pulsos, siendo una bomba idónea para trabajar con diversos fluidos o con
aquellos con los que su dosificación debe ser muy precisa, como es el caso de los aditivos
acelerantes del fraguado. Además, permite el bombeo de líquidos con y sin sólidos en
suspensión, en el caso de existir sólidos en suspensión permite trabajar con un tamaño
máximo de partícula de 150 mm, por lo que es ideal para el bombeo de aditivos
acelerantes del fraguado en suspensión. Además, es posible bombear líquidos con
propiedades tixotrópicas y con un pH entre 0-14. La bomba está montada sobre una
bancada que a su vez se ha instalado sobre un soporte de madera móvil para poder
desplazar la bomba a cualquier ubicación dentro del laboratorio. El conjunto de la
bomba consta de cuatro partes claramente diferenciadas:
Capítulo 3 53
Sergio Ramírez Luque
• Ventilación forzada: sistema de ventilación instalado en la parte posterior de la
bomba que evita el posible sobrecalentamiento que pueda sufrir la bomba durante
su uso. El sistema de ventilación es conectado a la red eléctrica de forma
independiente a través de DC 220 V. Además, la bomba posee su propio sistema de
protección para evitar sobrecalentamientos durante su utilización, accionándose al
alcanzar 155oC.
• Motorreductor: el motorreductor implementado es el modelo SK01-71L/4 del
fabricante Nord, este elemento permite a la bomba trabajar a distintas velocidades.
Mediante la variación de la velocidad de giro del rotor se consigue variar el caudal
de bombeo a la salida de la bomba, pudiendo trabajar con distintos porcentajes de
aditivo acelerante del fraguado. El motorreductor implementado tiene una
potencia de 0,37 kW. La velocidad de giro de la bomba, y por lo tanto como actúa
el motorreductor, se ajusta mediante un variador de frecuencia.
• Variador de frecuencia: el variador de frecuencia implementado es el modelo SK
500E del fabricante Nord (Figura 3.9). Permite variar la frecuencia de giro del motor
regulando la frecuencia de entrada de voltaje entre 0-50 Hz, con una resolución de
0,1 Hz. Como se ha indicado antes, de esta manera es posible regular la velocidad
de giro de la bomba y por lo tanto el caudal de bombeo. El variador de frecuencia
se ha instalado en el mismo soporte que el resto de elementos, de esta manera su
manipulación se facilita durante el proceso de proyección.
Figura 3.9. Variador de frecuencia SK 500E.
• Bomba: la bomba viene instalada sobre una bancada metálica junto al
motorreductor y al sistema de ventilación forzada. La bomba presenta una elevada
capacidad de succión y presión sin válvulas, siendo el caudal proporcional con la
velocidad de giro, además presenta una alta precisión en la dosificación para
cualquier velocidad de giro (Figura 3.10). El líquido bombeado se introduce por la
parte superior de la bomba avanzando por succión hasta el rotor, la salida de líquido
se produce en el extremo derecho según la Figura 3.10. La principal ventaja que
54 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
presenta esta bomba, y que se ha comentado previamente, es su capacidad de
bombear de forma continua sin pulsos y su capacidad de bombear tanto
disoluciones como suspensiones, solucionando por tanto el problema existente con
la bomba de aditivo empleada anteriormente (Figura 3.2). El rotor (Figura 3.11),
parte giratoria que impulsa el líquido, está fabricado en acero con los siguientes
elementos aleantes y porcentajes en su composición CrNiMo17-12-2, se
corresponde con acero inoxidable, pudiendo de esta manera trabajar con líquidos
corrosivos, como los acelerantes del fraguado ricos en álcalis. El rotor se encuentra
en el interior del estator, fabricado en un material polimérico patentado por la
compañía Netzsch llamado NEOPLAST S91, correspondiente a un fluoroelastómero
denominado FKM o FPM en función de la norma, en el primer caso acorde a la
norma ASTM D1418 y en el segundo caso a la norma ISO/DIN 1629. Presenta una
excelente resistencia a ácidos y a álcalis evitando así su degradación, una
temperatura de operación entre -5oC y 160oC y una elevada resistencia al
envejecimiento. Lo único que es necesario tener en cuenta es que la bomba no debe
trabajar en vacío ya que la fricción directa entre rotor y estator puede provocar
deformaciones irreversibles en el estator y por lo tanto afectar a su estanqueidad,
capacidad de succión y funcionamiento.
Figura 3.10. Bomba NEMO NM008BY03S12B.
Figura 3.11. Detalle rotor y estator bomba NEMO NM008BY03S12B.
El caudal de trabajo de la bomba va desde los pocos ml/h hasta los 400 m3/h con
una presión desde los 4 bar hasta los 24 bar, siempre trabajando con un caudal
constante y una relación proporcional entre velocidad y caudal (Figura 3.12).
Capítulo 3 55
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.12. Relación caudal-velocidad de giro bomba NEMO NM008BY03S12B.
3.3.2. Caudalímetro
El caudalímetro ha sido el segundo elemento que se ha modificado en el sistema
de proyección a pequeña escala. La modificación se ha realizado debido a que el
caudalímetro empleado hasta el momento, modelo FPD3002 de desplazamiento
positivo mediante componentes mecánicos, no media el caudal de aditivo acelerante
del fraguado correctamente, dejando de funcionar en algunas ocasiones durante el
proceso de proyección, dificultando el proceso de proyección y el control sobre la
cantidad de aditivo acelerante del fraguado empleada durante el proceso. El
caudalímetro implementado es el modelo Promag H300 del fabricante Endress+Hauser
(Figura 3.13), concretamente el modelo seleccionado es el modelo Promag H 300,
5H3B02, DN02 1/12. El caudalímetro seleccionado es un caudalímetro electromagnético
que basa su funcionamiento en la ley de Faraday que establece que el voltaje inducido
en cualquier conductor mientras se mueve en ángulos rectos a través de un campo
electromagnético es proporcional a la velocidad de ese conductor. Mediante este
funcionamiento es posible determinar el caudal volumétrico de líquido que pasa a través
del caudalímetro y que por tanto es bombeado por la bomba de aditivo descrita
anteriormente, siendo posible ajustar la velocidad de giro del rotor de la bomba de
aditivo para asegurar que el caudal es el necesario para la dosificación estudiada. El
caudalímetro ha sido configurado para medir el caudal volumétrico en ml/s, además es
posible determinar el caudal másico, siendo necesario especificar la densidad del líquido
empleado en el caudalímetro de forma manual. Conjuntamente ha sido instalado un
manómetro de diámetro 100 mm fabricado en acero inoxidable y con una escala de 0-
24 bar. Mediante el manómetro es posible controlar la presión del sistema bomba de
aditivo-caudalímetro, pudiendo de esta manera conocer si existe algún problema a lo
largo del sistema y de las mangueras que lo forman. La presión estándar de trabajo una
vez que la bomba de aditivo-caudalímetro y bomba de mortero son conectadas a la
56 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
boquilla de proyección es de entre 0 bar a 1,2 bar, en el caso de que la presión suba por
encima del valor máximo es debido a la existencia de algún tipo de atasco o problema
en el sistema de bombeo de aditivo acelerante del fraguado o en la salida de la boquilla
de proyección. El montaje final en la bancada de madera fabricada es el mostrado en la
Figura 3.14.
Figura 3.13. Caudalímetro Promag H 300, 5H3B02, DN02 1/12.
Figura 3.14. Montaje final sistema bomba aditivo-caudalímetro.
3.3.3. Verificación Sistema Implementado
La verificación del correcto funcionamiento del sistema de bombeo y medición
de caudal es esencial para asegurar el correcto funcionamiento del sistema
implementado. La verificación se ha basado en la realización de un ensayo de bombeo
y medición de caudal volumétrico durante diferentes periodos de tiempo, siendo estos
de 30 s y 60 s. El líquido empleado para realizar el bombeo ha sido agua, realizando el
bombeo durante el tiempo especificado y su posterior pesaje se ha verificado que el
caudal bombeado y medido es correcto al coincidir con el peso de agua medido
mediante una balanza con precisión 0,1 g. Además, se ha realizado la misma verificación
con uno de los aditivos acelerantes del fraguado para asegurar que la densidad y
Capítulo 3 57
Sergio Ramírez Luque
viscosidad no afectan a la capacidad de bombeo ni al caudal volumétrico medido por el
caudalímetro.
3.4. CAMPAÑA EXPERIMENTAL
La campaña experimental se ha desarrollado en el LATEM a lo largo del año 2018-
2019. En primer lugar, se ha realizado la modificación y montaje del sistema de
proyección, indicado en apartados anteriores. Una vez modificado el sistema de
proyección y verificado su correcto funcionamiento se han realizado todas las acciones
necesarias para poder realizar la proyección de mortero y la caracterización del material
proyectado, caracterizando así el aditivo acelerante del fraguado utilizado en cada
dosificación.
En los siguientes apartados va a describirse la planificación de la campaña
experimental llevada a cabo, así como cada de una de las acciones necesarias llevadas a
cabo antes de comenzar con las proyecciones de mortero. La realización de
proyecciones de mortero es un proceso complejo, por lo que durante el desarrollo de la
presente campaña experimental han colaborado tanto técnicos del LATEM como
estudiantes y personal de la UPC.
3.4.1. Definición Campaña Experimental
La campaña experimental llevada a cabo ha sido planificada previamente, tanto
a nivel de planificación de ejecución de cada una de las proyecciones como a nivel de los
ensayos de caracterización que se van a llevar a cabo. Las proyecciones planificadas han
sido cinco en total, caracterizando dos aditivos acelerantes del fraguado libres de álcalis
(AKF-1; AKF-2) en dos porcentajes spc (5%; 7%) y un aditivo rico en alcalis (AR-1) en un
único porcentaje spc (3%) (Tabla 3.1).
Tabla 3.1. Número, aditivo y concentración en cada una de las proyecciones.
Proyección Aditivo Concentración (% spc)
1 AKF-1 5
2 AKF-1 7
3 AKF-1 5
4 AKF-1 7
5 AR-1 3
Las proyecciones han sido planificadas para ejecutarse en un total de tres
semanas, realizando dos proyecciones por semana salvo la tercera semana que se ha
planificado una única proyección. En la Tabla 3.2se indica la planificación para cada una
de las proyecciones, así como la fecha de ejecución real.
58 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla 3.2. Planificación y ejecución proyecciones.
Proyección Aditivo Concentración (%
spc)
Nomenclatura Planificación
Fecha
Ejecución
1 AKF-1 5 CEMI_AKF-1_5 Semana 1 19/03/19
2 AKF-1 7 CEMI_AKF-1_7 Semana 1 21/03/19
3 AKF-1 5 CEMI_AKF-2_5 Semana 2 28/03/19
4 AKF-1 7 CEMI_AKF-2_7 Semana 2 02/04/19
5 AR-1 3 CEMI_AR-1_3 Semana 3 04/04/19
La única proyección que ha sufrido modificación ha sido la proyección número 4,
la cual ha sido movida de la semana 2 a la semana 3, debido a que fue la primera vez
que se proyectaba con un aditivo en suspensión, dando lugar a la generación de varios
atascos en los filtros instalados en las mangueras de transporte de aditivo. Dichos filtros
se habían instalado en campañas experimentales previas para evitar la entrada de
elementos contaminantes o partículas de gran tamaño en la boquilla de proyección.
Una vez definida la planificación de las cinco proyecciones a llevar a cabo, se ha
realizado la planificación de los ensayos de caracterización necesarios. Los ensayos de
caracterización, la norma que se sigue para su ejecución y la edad de ensayo vienen
indicados en la Tabla 3.3. En el siguiente apartado se define de forma específica, en el
caso que sea necesario, la frecuencia de ejecución de cada uno de los ensayos.
Tabla 3.3. Planificación ensayos caracterización.
Ensayo Norma Edad Ensayo
Resistencia a la penetración ASTM C 403 - 08 0 – 6 horas
Resistencia a la compresión indirecta ASTM C 803 - 17 4, 6, 8, 10, 12, 24 y 48 horas
Resistencia a compresión UNE-EN 12390-3 1, 2, 7, 28 días
Velocidad de pulso ultrasónico UNE-EN 12504-4 1, 2, 7, 28 días
Absorción/Porosidad/Densidad UNE 83980 1, 2, 7, 28 días
Evolución temperatura - 0 – 48 horas
Calorimetría - 0 – 48 horas
Resistencia a la penetración ASTM C 403 - 08 0 – 6 horas
La última planificación que se ha realizado es la estimación del mortero
proyectado necesario para poder realizar la caracterización del material y por tanto del
aditivo acelerante del fraguado empleado. La proyección de mortero se realiza sobre
unos moldes llamados artesas. En la presente campaña experimental se han empleado
Capítulo 3 59
Sergio Ramírez Luque
dos tipos de artesas, por un lado, artesas metálicas para realizar la extracción de testigos
y la ejecución de los ensayos de resistencia a compresión, velocidad de pulso ultrasónico
y absorción/porosidad/densidad. Por otro lado, artesas de madera para realizar el
ensayo de resistencia a la penetración y el ensayo de resistencia a la compresión
indirecta. Ambos tipos de artesas vienen definidas en el siguiente apartado (Figura 3.22,
Figura 3.23y Figura 3.24). El número de artesas metálicas proyectadas por dosificación
es de un total de tres, siendo el número de artesas de madera proyectadas por
dosificación de dos.
3.4.2. Dosificación Mortero Base
La dosificación del mortero base empleada ha sido basada en la utilizada en
campañas experimentales previas (Tabla 3.4). La dosificación empleada en la presente
campaña experimental (Tabla 3.5) presenta dos modificaciones. En primer lugar, la
reducción de la relación a/c a un valor de 0,42 y en segundo lugar la modificación del
tipo de árido empleado, pasando de un árido 0/1, tamaño de máximo de árido de 0,1
mm, a un árido 0/2 con un tamaño máximo de árido de 0,2 mm. En ambas dosificaciones
se tiene en cuenta que el 64% del superplastificante empleado es agua. La disminución
de la relación a/c se justifica debido a que en obra las relaciones a/c empleadas son bajas
para conseguir alcanzar la mayor resistencia mecánica y evitar la necesidad de aumentar
la cantidad de cemento, siendo necesario estudiar el comportamiento de este tipo de
dosificaciones y su interacción con los distintos aditivos acelerantes del fraguado.
Tabla 3.4. Dosificación base.
Componente Contenido (kg/55l)
Cemento 35,00
Agua 17,605
Arena 59,50
Superplastificante 0,350
Composición unitaria 1: 0,51: 1,7: 0,01
Tabla 3.5. Dosificación empleada en la campaña experimental.
Componente Contenido (kg/55l)
Cemento 35,00
Agua 14,35
Arena 59,50
Superplastificante 0,350
Composición unitaria 1: 0,42: 1,7: 0,01
60 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
La reducción en la relación a/c se ha realizado únicamente modificando la
cantidad de agua en la dosificación, sin cambiar ninguna de las otras relaciones respecto
a la cantidad de cemento empleado. Esto quiere decir que la relación arena/cemento y
la relación superplastificante/cemento se ha mantenido sin ninguna modificación. Los
materiales empleados en la dosificación se describen a continuación. No obstante, se ha
realizado un estudio reológico para determinar su comportamiento.
• Cemento: el cemento empleado a lo largo de toda la campaña experimental es
cemento Portland (CEM I) del fabricante y distribuidor Cimens Molins.
Concretamente el cemento empleado es el CEM I SUPER-DRAGON, con una
categoría resistente muy alta, 52,5 R. Se caracteriza por tener una resistencia muy
alta, tanto inicial como final. Además, presenta un endurecimiento rápido. La
composición es de un 98 % de clinker y un 2 % de caliza, siendo su superficie
específica de Blaine de 4600 cm2/g, el tiempo inicial de fraguado igual a 110 min y
el tiempo final de fraguado igual a 170, teniendo en cuenta que estos valores se
corresponden en ausencia de aditivos acelerantes del fraguado.
• Agua: el agua empleada durante toda la campaña experimental es agua destilada
con una densidad de 998 g/cm3.
• Superplastificante: el superplastificante empleado es el producto Viscocrete 5970
del fabricante y distribuidor Sika. El producto empleado se corresponde con un
superplastificante de tercera generación para hormigones preparados cuyas
funciones principales son: actuar como aditivo superplastificante, retardador del
fraguado y reductor de agua. Este producto es empleado en aquellas aplicaciones
donde se requiere reducir la relación a/c sin pérdida de bombeabilidad, fluidez o
plasticidad. Además, proporciona un incremento en las resistencias iniciales y
finales, así como una elevada durabilidad e impermeabilidad.
• Árido: el árido empleado es un árido calizo proveniente del productor Sant Vicenç
dels Horts Àrids distribuido por Promsa. El árido tiene una categoría AF-0/2 con un
tamaño de árido máximo de 0,2 mm. Las características del árido según la norma
EN 12620: 2002+A1: 2008 Áridos para hormigón vienen especificadas en la Tabla
3.6.
Capítulo 3 61
Sergio Ramírez Luque
Tabla 3.6. Características árido 0/2.
Granulometría 0/2 – Gf85
Contenido en finos f22
Equivalente de arena EA (10)>55
Descripción petrográfica Caliza
Contenido en cloruros 0,003%
Sulfatos solubles en ácido (%SO3) AS 0,2
Contenido total de azufre (%S) S1
Constituyentes que alteran el fraguado del cemento Cumple
Reactividad álcali-carbonato No reactivo
Densidad aparente de partículas y absorción de agua 2,75 mg/m3 - <5,00%
Resistencia a ciclos de hielo-deshielo MS18
Además de la información indicada anteriormente, el proveedor ha facilitado los
resultados del ensayo de granulometría, pudiendo determinar la curva
granulométrica correspondiente al árido empleado durante la campaña
experimental. La cantidad de árido total empleado a lo largo de toda la campaña
experimental es de 1000 kg, lo que equivale a big bag. La Tabla 3.7muestra el
porcentaje medio que pasa, teniendo en cuenta que el ensayo se ha realizado en
cinco muestras de acuerdo a la norma UNE-EN 933 (20). Conjuntamente se ha
determinado:
- Módulo granulométrico o módulo de finura (MG): indica el tamaño medio del
árido. Al aumentar el valor del módulo aumenta el tamaño medio de partícula, al
disminuir su valor disminuye el tamaño medio de partícula.
67 =%9:;. <=.- + %9:;. <=.� + ⋯ + %9:;. <=.*
100 12. 3.1
- Tamaño medio de partícula (MK):se corresponde con el tamaño del tamiz por el
que pasa el 50% del árido y retiene el 50% restante. El valor obteniendo se
corresponde con el tamaño medio de partícula, su determinación se realiza de
forma gráfica (Figura 3.16).
- Superficie específica (SE): la superficie específica de un sólido se corresponde con
la relación entre su superficie y su volumen o masa. Este parámetro permite tener
una medida del potencial de interacción del solido con su entorno, sabiendo que
cuanto mayor sea la superficie especifica mayor será la interacción con el medio, en
este caso con el resto de componentes que forman el mortero. La determinación
62 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
de la SE se realiza asumiendo que los granos son esféricos, tal y como se ha
comprobado mediante el análisis del árido por microscopía óptica (Figura 3.15), y
teniendo en cuenta que la densidad real de la arena caliza es de 2,6-2,7 g/cm3,
tomando como valor 2,65 g/cm3 para la determinación de la SE según Ec. 3.2. donde
d es el tamaño medio de partícula.
�1 =? ∙ @
(? ∙ @)/(6 ∙ B)=
6
@ ∙ B=
2,264
@ 12. 3.2
Figura 3.15. Árido observado mediante microscopía óptica.
Tabla 3.7. Valores medios granulometría del árido 0/2.
Tamiz (mm) Base 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4
% Pasa - 17,6 20,0 27,0 42,0 69,0 97,0 100,0
% Retenido
Acumulado
100,0 82,4 80,0 73,0 58,0 31,0 3,0 0,0
%Retenido 17,6 2,4 7,0 15,0 27,0 28,0 3,0 0,0
MG 3,27
MK (mm) 0,650
SE (g/cm3) 34,83
Figura 3.16. Curva granulométrica árido 0/2.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
Pas
a (%
)
Tamiz (mm)
Capítulo 3 63
Sergio Ramírez Luque
Una vez conocidas todas las características del árido empleado es necesario conocer
la humedad del mismo ya que puede afectar en gran medida a la dosificación de
mortero y por tanto a su comportamiento tanto en estado fresco como en estado
endurecido (Figura 3.17). La determinación de la humedad del árido se ha realizado
secando el árido mediante la introducción de 500 g de árido en un microondas a
máxima potencia durante 3 min para posteriormente pesar de nuevo el árido hasta
que el peso se mantenga constante, siendo necesarios 5 ciclos para conseguir el
secado completo y obteniendo que la arena presenta una humedad del 0,36 %. El
valor obtenido de humedad es muy bajo por lo que no es necesario corregir la
dosificación.
Figura 3.17. Humedad del árido 0/2.
Una vez conocidas las propiedades y características de cada uno de los materiales
empleados en la dosificación es necesario establecer el proceso de fabricación o
mezclado. Partiendo del proceso establecido por el Dr. Renan Pícolo Salvador, la Tabla
3.8 muestra el proceso de mezclado empleado a lo largo de toda la campaña
experimental.
Tabla 3.8. Proceso de fabricación mortero base.
Etapa Proceso
1 El cemento y 95% del contenido de agua se mezclan durante 4 minutos.
2 Se para la amasadora para limpiar los residuos de las palas y de las paredes
del cubilote por 2 minutos.
3 Al superplastificante se le añade el agua restante. Se añade la disolución
obtenida de la mezcla y se pone la amasadora en marcha por 2 minutos.
4 Nuevamente se para la amasadora para la limpieza de las palas y paredes
del cubilote por 1 minutos.
5
En el caso de los morteros, la arena se añade lentamente con la amasadora
encendida, durante 4 minutos, con posterior etapa de limpieza de las palas
y paredes del cubilote por 2 minutos más.
6 El proceso de mezclado continua por 2 minutos más.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0 3 6 9 12 15
Hu
med
ad (
%)
Tiempo Secado (min)
64 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
3.4.3. Dosificación Aditivo Acelerante del Fraguado
La correcta dosificación del aditivo acelerante del fraguado es un parámetro muy
importante ya que asegura la correcta caracterización tanto del material proyectado
como del aditivo acelerante del fraguado. La dosificación de aditivo acelerante del
fraguado se realiza en porcentaje sobre el peso de cemento, los porcentajes empleados
en la presente campaña experimental vienen indicados en la Tabla 3.9.
Tabla 3.9. Porcentaje dosificación aditivo acelerante del fraguado.
Aditivo Concentración (% spc)
AKF-1 5
AKF-1 7
AKF-1 5
AKF-1 7
AR-1 3
El porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se aplica sobre la cantidad de
cemento proyectado, una vez determinado el porcentaje y por tanto la masa de aditivo
acelerante del fraguado correspondiente, es necesario determinar el caudal de aditivo
correspondiente a la masa necesaria. En primer lugar, es necesario especificar las
características físicas y químicas de los aditivos y utilizados (Tabla 3.10)
Tabla 3.10. Características físicas y químicas aditivos acelerantes del fraguado.
Aditivo % Al2O3 % Na2O % Sulfato pH ρ (g/cm3)
AKF-1 13,5 <1 21,0 3,0 1,44
AKF-2 11,2 <1 27,6 2,6 1,47
AR-1 24,0 19,5 - >11,5 1,52
En la Tabla 3.10 se observa como el aditivo rico en álcalis presenta mayor
porcentaje de elementos alcalinos y un pH muy elevado, debido a esto es necesario
extremar las medidas de seguridad a la hora de manipular y proyectar este aditivo ya
que puede causar quemaduras graves en contacto con la piel o con mucosas. Además,
es necesario indicar que los aditivos AKF-1 y AR-1 son disoluciones, mientras que el AKF-
2 es una suspensión. El aditivo AR-1 se corresponde con una disolución acuosa de
Capítulo 3 65
Sergio Ramírez Luque
aluminato sódico en un 43 % de concentración, siendo su coste muy bajo. El principal
inconveniente que presentan es la disminución de la resistencia a compresión a largo
plazo, siendo esta de un 75 % respecto a un testigo de referencia, además de su carácter
agresivo comentado anteriormente. El aditivo AKF-1 es un acelerante basado en
hidroxisulfatos de aluminio con una relación Al2O3/SO4 alta, teniendo una elevada
cantidad de hidroxisulfatos de aluminio en su composición. Es un aditivo en disolución
opalescente estabilizado mediante un ácido orgánico y/o inorgánico. Debido a los
estabilizantes este tipo de aditivos tienen un elevado coste. Suelen dar buen
comportamiento con cemento tipo I, sufriendo menos perdidas de poder acelerante a
bajas temperaturas y de resistencia a compresión a largo plazo, pudiendo incluso llegar
a aumentarlas. Por último, el aditivo AKF-2 es un acelerante basado en hidroxisulfatos
de aluminio con una relación Al2O3/SO4 baja, como se ha indicado este tipo de
acelerantes no es una disolución si no una suspensión, por lo que se adiciona un agente
reológico para evitar la decantación de la suspensión con el paso del tiempo, pudiendo
ser sepiolita o bentonita. Este aditivo tiene un coste más bajo respecto al AKF-1, debido
a la ausencia de estabilizantes orgánicos y/o inorgánicos, no obstante, es superior al del
AR-1. Presenta mejor comportamiento en cementos tipo II, no obstante, se comportan
bien en cementos tipo I. Como en el caso anterior sacrifican menos la resistencia a
compresión a largo plazo en comparación con el AR-1.
Una vez conocidas las propiedades físicas y químicas de los aditivos
caracterizados es necesario, como se ha comentado anteriormente, determinar el
caudal de aditivo que es necesario bombear mediante la bomba de aditivo para cada
una de las proyecciones. En primer lugar, es necesario determinar el caudal de mortero
que impulsa la bomba de mortero. Para ello se ha realizado la medida del peso de
mortero bombeado durante un periodo de tiempo en tres recipientes, obteniendo que
la densidad del mortero en fresco es de 2,15 g/cm3 de media y que el caudal medio de
bombeo de mortero es de 5,35 l/min, valor que se ha fijado en la configuración de la
bomba de mortero y que se ha mantenido constante a lo largo de la campaña
experimental. Teniendo en cuenta que en 55 l de mortero se tienen 35 kg de cemento,
en 5,35 l de mortero se tienen 3,41 kg de cemento. Una vez conocida la cantidad de
cemento bombeada es posible determinar la masa de cada uno de los aditivos
acelerantes del fraguado, su correspondiente caudal volumétrico expresado en ml/s y
por tanto relacionarlo con la velocidad de giro de la bomba de aditivo, el cual se modifica
a través del variador de frecuencia, siendo posible relacionar el caudal con la frecuencia
a la que tiene que trabajar la bomba de aditivo (Tabla 3.11).
66 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla 3.11. Caudal aditivo acelerante del fraguado.
Aditivo Porcentaje spc Masa (g) Volumen (l) Caudal
(l/min)
Caudal
(ml/s)
Frecuencia
(Hz)
AKF-1 5 170,50 0,12 0,12 1,93 22,5
AKF-1 7 238,70 0,16 0,16 2,71 31,3
AKF-2 5 170,50 0,12 0,12 1,97 22,5
AKF-2 7 238,70 0,17 0,17 2,76 30,6
AR-1 3 102,3 0,07 0,07 1,12 12,8
Determinado el caudal de aditivo acelerante del fraguado, se realiza una prueba
de bombeo para comprobar que el caudal marcado por el caudalímetro es el caudal real
a la salida de la bomba. Como se ha indicado en el apartado anterior, es posible visualizar
en el caudalímetro el caudal másico en vez del caudal volumétrico, se ha descartado ya
que para ello es necesario introducir manualmente la densidad del líquido bombeado
en el caudalímetro. Una vez comprobado que tanto el caudal como la configuración de
la velocidad de bombeo es correcto, se procede a realizar las proyecciones planificadas
en la Tabla 3.2.
3.5. ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN
Los ensayos de caracterización de mortero proyectado realizados a lo largo de la
campaña experimental son clasificados en cuatro grandes grupos en función de la
propiedad del material caracterizada: comportamiento reológico, proceso de
hidratación, caracterización mecánica y caracterización física. Cada uno de los grupos se
corresponde con uno de los subapartados incluidos y desarrollados en el presente
apartado.
3.5.1. Caracterización Comportamiento Reológico
La caracterización del comportamiento reológico del mortero fabricado es
fundamental para conocer tanto la consistencia y trabajabilidad como el esfuerzo
umbral de corte y la viscosidad plástica del material. Además, es posible determinar
cómo evolucionan dichas propiedades y parámetros a lo largo del tiempo, siendo muy
importante en el caso del mortero u hormigón proyectado debido a la técnica de puesta
en servicio del material. Como se ha indicado anteriormente es importante conocer
tanto la capacidad de bombeo del material como su mezcla con los distintos aditivos
acelerantes del fraguado en la boquilla de proyección. La caracterización del mortero
fabricado se ha realizado mediante el ensayo flow table test o mesa de sacudidas y
mediante la utilización de un viscosímetro.
Capítulo 3 67
Sergio Ramírez Luque
El ensayo flow table test o mesa de sacudidas se basa en la norma UNE-EN 12350-
5 mediante el cual es posible determinar la consistencia en estado fresco del material,
en el caso de la presente tesis, mortero. El ensayo se fundamenta en la medición del
escurrimiento o aumento de diámetro que sufre la base inferior de un tronco cono de
mortero de 5 cm de altura, 7 cm de diámetro en la parte superior y 10 cm de diámetro
en la parte inferior, apoyado sobre una mesa circular o soporte (Figura 3.18). El molde
tronco cónico es llenado en dos tandas, realizando el apisonado del material entre
tandas para asegurar el completo llenado del molde, previamente al llenado es
necesario humectar la superficie de apoyo. El diámetro se mide tras retirar el molde
tronco cónico y someter al material a 15 sacudidas mediante una caída libre de 13 cm
de altura, dejando un espacio de tiempo entre sacudidas de 4 s. Las 15 sacudidas son
idénticas ya que el equipo de ensayo o mesa de sacudidas es estándar. Una vez
realizadas las 15 sacudidas se mide el diámetro de la torta resultante. En el caso de la
presente tesis el ensayo se ha realizado cada 15 min hasta alcanzar los 90 min de ensayo,
la dosificación empleada se indica en la Tabla 3.12. El proceso de mezclado seguido para
la fabricación del material ensayado es equivalente a la descrita en el apartado anterior.
Tabla 3.12. Dosificación empleada ensayo consistencia.
Componente Contenido (g)
Cemento 6.500
Agua 3.850
Arena 1.578
Superplastificante 38,5
Composición unitaria 1: 0,42: 1,7: 0,01
La consistencia puede determinarse, como se ha comentado anteriormente,
mediante el diámetro de la torta medida al finalizar el ensayo. En la Tabla 3.13 se
relaciona el diámetro de torta con la consistencia del material en estado fresco.
Tabla 3.13. Consistencia ensayo mesa de sacudidas (32).
Consistencia Mesa de Sacudidas (cm)
Seca Menos de 14 cm
Plástica Entre 14 cm y 20 cm
Blanda Mayor de 20 cm
68 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.18. Mesa de sacudidas.
Los parámetros reológicos del mortero fabricado se determinan empleando un
viscosímetro, concretamente se ha empleado el modelo BML Viscometer 3 del
fabricante ConTec correspondiente a un viscosñimetro de cilindro coaxial. Mediante
este equipo es posible determinar las propiedades reológicas, esfuerzo umbral de corte
y viscosidad plástica, en pastas, morteros y hormigones con un slump igual o superior a
80 mm. El equipo de medida consta de un cilindro externo de diámetro 145 mm que gira
a una velocidad angular variable y un cilindro interno de diámetro 100 mm que posee
de una serie de aletas que miden el momento torsor (N∙m). Además, en la parte inferior
existe una parte que se utiliza para minimizar el efecto de fondo donde el movimiento y
esfuerzo tangencial no es uniforme (Figura 3.19) (33) (34). El equipo proporciona como
resultados los valores del momento torsor frente a la velocidad de giro medidos a
velocidad crecientes. A partir de los resultados el equipo es capaz de calcular el esfuerzo
umbral de corte y la viscosidad plástica empleando el modelo de Bingham. Además, es
capaz de calcular otros parámetros, entre los que se encuentran el coeficiente de
segregación (Seg). El equipo realiza un séptimo punto a la misma velocidad que el
anterior para verificar si existe segregación en el material ensayado. En el caso de que
el punto se separe mucho del anterior punto tomado indica que existe segregación en
la mezcla ensayada. Por el contrario, si el séptimo punto se aproxima o se solapa con el
anterior, se determina que no existe segregación en la mezcla. Las dosificaciones
ensayadas son un total de tres, siendo la primera dosificación ensayada la dosificación
de partida para realizar la dosificación empleada en la presente tesis. Posteriormente se
ensaya una dosificación con una relación a/c intermedia entre la de partida y la deseada.
Finalmente se realiza el ensayo en la dosificación de interés, con una relación a/c igual
a 0,42. Todas las dosificaciones se indican en la Tabla 3.14, Tabla 3.15 y Tabla 3.16. El
ensayo se ha realizado a distintas edades desde su fabricación, siendo las edades de
ensayo 1, 10 y 30 min.
Capítulo 3 69
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.19. Viscosímetro el modelo BML Viscometer 3 (33).
Tabla 3.14. Dosificación 1 ensayo viscosímetro.
Componente Contenido (kg)
Cemento 5,500
Agua 2,805
Arena 9,35
Superplastificante 0,055
Composición unitaria 1: 0,51: 1,7: 0,01
Tabla 3.15. Dosificación 2 ensayo viscosímetro.
Componente Contenido (kg)
Cemento 5,800
Agua 2,668
Arena 9,86
Superplastificante 0,058
Composición unitaria 1: 0,46: 1,7: 0,01
Tabla 3.16. Dosificación 3 ensayo viscosímetro.
Componente Contenido (kg)
Cemento 5,800
Agua 2,436
Arena 9,86
Superplastificante 0,058
Composición unitaria 1: 0,42: 1,7: 0,01
70 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
3.5.2. Caracterización Proceso de Hidratación
Los ensayos de caracterización del proceso de hidratación llevados a cabo en la
presente tesis son el ensayo de calorimetrías y el control de la evolución en la
temperatura de fraguado.
• Ensayo de Calorimetrías: mediante el ensayo de calorimetrías es posible entender
y estudiar las reacciones de hidratación que se producen en las primeras horas del
hormigón o mortero proyectado y que determinan el desarrollo de sus propiedades
mecánicas (35). Además, es posible optimizar el comportamiento de los diferentes
aditivos acelerantes del fraguado y su porcentaje spc analizando las curvas de flujo
de calor durante el proceso de hidratación, determinando en qué momento se
produce cada una de las etapas del proceso de hidratación descritas anteriormente
y como los aditivos acelerantes del fraguado afectan y/o modifican el proceso de
hidratación. El equipo empleado para la realización de los ensayos es el modelo “I-
Cal 4000 HPC Isothermal Calorimeter” de la compañía Calmetrix (Figura 3.20), con
cuatro canales para la realización de ensayos de forma simultánea, cada uno de los
canales posee una celda de referencia propia. Los ensayos de calorimetrías se han
realizado en condiciones isotérmicas, siendo la temperatura en el interior del
calorímetro constante durante toda la duración del ensayo (48h), la temperatura es
configurada con 48h de antelación a un valor de 20oC, asegurando de esta manera
que la temperatura interior en el calorímetro se mantiene constante. La realización
del ensayo en condiciones isotermas produce la máxima transferencia de calor,
determinando el flujo de calor liberado durante el proceso de hidratación del
cemento, siendo posible conocer la cinética de reacción de la dosificación analizada.
Figura 3.20. Calorímetro I-Cal 4000.
El mortero proyectado se analiza proyectando directamente el material sobre los
recipientes que facilita el fabricante Calmetrix para la realización de ensayos,
recipientes herméticos fabricados mediante material polimérico con una capacidad
de 125 ml. El mortero de referencia se vierte directamente sobre el mismo tipo de
recipiente, en el caso de las calorimetrías realizadas en pasta de cemento el proceso
de mezcla se realiza tal y como se indica en apartados anteriores. La adquisición de
Capítulo 3 71
Sergio Ramírez Luque
datos del equipo se configura para tomar una medida cada 4 s las 2 primeras horas
y posteriormente cada 2 min hasta las 48 h de ensayo totales, Una vez finalizado el
ensayo se normalizan los resultados obtenidos para poder ser expresados en
función de los gramos de cemento presentes en la mezcla analizada.
• Evolución Temperatura de Fraguado: la evolución en la temperatura de fraguado
proporciona información sobre el proceso de hidratación del cemento Portland. Las
reacciones de hidratación son de carácter exotérmico, produciendo un aumento la
temperatura del material a edades tempranas (<24 h). Mediante la temperatura de
fraguado es posible determinar el momento en el que se producen las distintas
etapas del proceso de hidratación siendo las de mayor carácter exotérmico la etapa
I (preinducción) y la etapa II (aceleración), pudiendo evaluar cómo afecta el tipo y
porcentaje de aditivo acelerante del fraguado empleado durante el proceso de
proyección. La temperatura es medida a través de un data logger o temperature
recorder, en el caso de la presente tesis se ha empleado el equipo PCE-T 1200
(Figura 3.21) que dispone de 12 canales individuales de medición de temperatura,
con una frecuencia de adquisición de datos seleccionable entre 1 s y 3600 s (36). La
adquisición de datos se realiza a través de un termopar, sensor de temperatura que
suministra una señal de tensión eléctrica en función de la temperatura, no midiendo
directamente la temperatura sino la diferencia entre el extremo caliente el extremo
frío. El equipo funciona con seis tipos de termopares diferentes, siendo el termopar
empleado el de tipo K (Figura 3.21) que consiste en la combinación de materiales
NiCr-Ni o NiCr-NiAl con una resolución de 0,1oC para el rango de temperatura
empleado, siendo ideales este tipo de termopares para su empleo en atmosferas
oxidantes o de gas inerte hasta una temperatura máxima de utilización de 1200oC.
Figura 3.21. Equipo medición temperatura y termopar tipo K.
La medición de temperatura se ha realizado en artesas metálicas (Figura 3.22) con
geometría cuadrada y lados inclinados 135o, colocando dos termopares en cada una
de las artesas y en dos posiciones distintas para evaluar si existe diferencia en
función de la zona de medición en el material. Una vez colocados los termopares se
ha realizado la proyección de mortero, momento en el que comienza la adquisición
de datos.
72 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.22. Geometría artesa metálica y colocación termopares.
3.5.3. Caracterización Mecánica
Los ensayos de caracterización mecánica se dividen en dos grupos, ensayos a
corto plazo y ensayos a largo plazo. Dentro de los ensayos a corto plazo se incluyen: el
ensayo de resistencia a la penetración y el ensayo de resistencia a compresión indirecta
o “pin penetration test”. Los ensayos a largo plazo realizados en la campaña
experimentan se corresponde con el ensayo de compresión, el ensayo para determinar
la velocidad de pulso ultrasónico y el ensayo de flexión. Todos los ensayos de
caracterización mecánica realizados son destructivos, exceptuando el ensayo para
determinar la velocidad de pulso ultrasónico que es un ensayo no destructivo o non
destructive test (NDT).
• Ensayo de Resistencia a la Penetración: ensayo basado en la norma ASTM
C403/C403M-08 (37) a través del cual es posible determinar el tiempo inicial y final
de fraguado a través de la resistencia a la penetración. Mediante este ensayo es
posible evaluar los efectos que tienen la relación a/c, el tipo de cemento o la
presencia de aditivos acelerantes del fraguado, pudiendo conocer cómo afectan al
tiempo inicial y final de fraguado en función del tipo y porcentaje de acelerante del
fraguado empleado. El ensayo se realiza sobre dos tipos de artesas sobre las que se
proyecta mortero previamente junto a un porcentaje definido de aditivo acelerante
del fraguado spc. La primera artesa presenta geometría rectangular, lados rectos y
una profundidad de 50 mm (Figura 3.23). La segunda, geometría rectangular, lados
laterales inclinados 135o y una profundidad de 50 mm (Figura 3.24).
Capítulo 3 73
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.23. Artesas rectangular lados rectos.
Figura 3.24. Artesa rectangular lados laterales inclinados 135o.
La resistencia a la penetración es medida a lo largo de un intervalo de tiempo
definido, en el caso la presente tesis es medida hasta que alcanza el valor de la
resistencia a la penetración correspondiente al final de fraguado con un valor igual
a 27,6 MPa. Las penetraciones se realizan mediante una serie de punzones o
puntas con un diámetro definido, empleando una prensa de 10 kN de carga máxima.
Las puntas empleadas se denominan como I, III y IV en función de su diámetro,
siendo respectivamente de 4,4 mm, 14,1 mm y 20,4 mm (Figura 3.25). El ensayo
comienza con la punta de 20,4 mm ya que tiene un área mayor obteniendo un valor
de resistencia a la penetración superior, pudiendo obtener valores por encima de
0,1 kN, límite inferior de detección de la prensa empleada. A medida que el material
adquiere resistencia es necesario cambiar la punta empleada, pasando a utilizar la
punta III y por último la punta I.
74 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.25. Set up ensayo de resistencia a la penetración.
En el caso de la artesa rectangular con lados inclinados 135o, se divide en 6 sectores
(Figura 3 26), realizando una penetración en cada uno de ellos para cada una de las
edades de ensayo, pudiendo obtener de esta manera una media de la resistencia a
la penetración representativa del todo el conjunto del material. En el caso de la
artesa rectangular de lados rectos se divide en 4 sectores.
Figura 3 26. División en sectores artesa rectangular.
Una vez obtenida la resistencia a la penetración a las diferentes edades de ensayo
es posible graficar la resistencia a la penetración frente a la edad de ensayo,
obteniendo una curva que muestra el comportamiento del material a lo largo del
tiempo y por lo tanto como evoluciona su ganancia de resistencia, pudiendo
determinar el tiempo inicial y final de fraguado (Figura 3.27). Mediante este ensayo
es posible evaluar como los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado y su
porcentaje spc afectan a la ganancia de resistencia a la penetración del material,
pudiendo realizar una comparativa entre los distintos aditivos acelerantes del
fraguado empleados. La edad de ensayo se indica en la Tabla 3.17
Capítulo 3 75
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.27. Gráfica resistencia a la penetración frente a edad de ensayo
Tabla 3.17. Edad de ensayo resistencia a la penetración.
Intervalo de Tiempo (min) Frecuencia (min)
0-15 5
15-90 15
90-fin de ensayo 30
• Ensayo resistencia a compresión indirecta: ensayo basado en la norma ASTM
C803/C803M-03 (38) mediante el cual es posible determinar la resistencia a la
penetración del hormigón o mortero endurecido a través de una punta de acero o
steel pin, pudiendo relacionar la resistencia a la penetración medida en el ensayo
con la resistencia a la compresión del hormigón o mortero ensayado (38). El ensayo
se realiza empleando la pistola Windsor (Figura 3.28) donde se coloca la punta de
acero para posteriormente tensar el muelle alojado en su interior. Una vez que el
muelle se ha comprimido al máximo la pistola es apoyada en la superficie de
mortero a ensayar, en este caso se ha empleado la cara moldeada de las artesas de
la Figura 3.23 y Figura 3.24. Accionando el gatillo se libera el muelle que a su vez
impulsa la punta de acero sobre la superficie de mortero con una energía
determinada y calibrada previamente sobre un material de referencia.
76 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.28. Equipo ensayo resistencia a compresión indirecta.
Una vez que la punta ha impactado sobre la superficie de mortero (Figura 3.29), se
retira la pistola Windsor quedando la punta de acero alojada en el material. Para
determinar la resistencia a la compresión es necesario medir la profundidad de
penetración de la punta en el material, para ello en primer lugar se retira la punta
de acero, se limpia el interior de la cavidad para posteriormente medir la
profundidad de penetración empleando un micrómetro (Figura 3.28).
Figura 3.29. Superficie de mortero ensayada.
El ensayo comienza cuando el material ha adquirido suficiente resistencia para
alcanzar el límite inferior del equipo, en este caso se sitúa en un valor de
profundidad de penetración de 0,575 in medida a través del micrómetro, en el caso
de obtener un valor inferior es necesario esperar más tiempo para que el material
adquiera mayor resistencia. Las pistoleadas o ensayos se realizan a una distancia de
50 mm del borde exterior y una distancia entre cada uno de los ensayos de 50-150
mm. La frecuencia de ensayo seguida en la presente tesis se indica en la Tabla 3.18.
Una vez finalizado el ensayo es necesario relacionar la profundidad de penetración,
variable medida en el ensayo a través del micrómetro, con la resistencia a la
compresión del material, para ello se emplea una tabla proporcionada por el
fabricante que relaciona ambas variables, de esta manera se obtiene la resistencia
a compresión cúbica en MPa. La resistencia a compresión de interés es la resistencia
a compresión cilíndrica por lo que es necesario multiplicar el valor obtenido por un
factor de 0,8, obteniendo de esta manera la resistencia a compresión cilíndrica del
Capítulo 3 77
Sergio Ramírez Luque
material a la edad de interés, pudiendo analizar cómo evoluciona en función del
tipo y porcentaje de aditivo acelerante del fraguado empleado. La Figura 3.30
muestra la gráfica que relaciona ambas variables, pudiendo dividir la recta en dos
tramos claramente diferenciados: por un lado cuando 0,575in<X<0,730in (Figura
3.31) y por otro lado cuando 0,735in≤X≤0,990in (Figura 3.32), empleando la
ecuación de la recta para cada uno de los tramos es posible obtener la resistencia a
compresión para cualquier valor de penetración entre el límite inferior (0,575 in) y
el límite superior (0,990 in).
Tabla 3.18. Edad de ensayo resistencia a compresión indirecta.
Intervalo de Tiempo (h) Frecuencia (min)
4-8 30
8-12 60
12-24 12h
24-48 24h
Figura 3.30. Relación entre resistencia a compresión y profundidad.
0
10
20
30
40
50
60
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Res
iste
nci
a C
om
pre
sió
n C
úb
ica
(MP
a)
Profundidad (in)
78 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 3.31. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,575in<X<0,730in.
Figura 3.32. Relación entre resistencia a compresión y profundidad 0,735inX≤0,990in.
• Ensayo velocidad de pulso ultrasónico: mediante este ensayo es posible
determinar la velocidad de propagación de impulsos de ondas longitudinales de
ultrasonidos en hormigón y mortero endurecido. El ensayo se realiza colocando un
palpador electroacústico (transmisor), sobre la superficie de hormigón o mortero,
que emite impulsos de vibraciones longitudinales a una frecuencia determinada.
Una vez que el impulso atraviesa el material, siguiendo una trayectoria longitudinal
conocida, el impulso se convierte en una señal eléctrica en un segundo palpador
(receptor). Una vez es recibido, el equipo de ensayo determina el tiempo de transito
del impulso entre ambos palpadores (39). En el caso de la presente tesis, el ensayo
se ha realizado colocando los palpadores en caras opuestas del material,
transmisión directa (Figura 3.33).
y = 107,98x - 61,266R² = 1
0
10
20
0,5 0,6 0,7 0,8
Res
iste
nci
a C
om
pre
sió
n C
úb
ica
(MP
a)
Profundidad (in)
y = 114,79x - 62,994R² = 1
20
30
40
50
60
0,7 0,8 0,9 1,0
Res
iste
nci
a C
om
pre
sió
n C
úb
ica
(MP
a)
Profundidad (in)
Capítulo 3 79
Sergio Ramírez Luque
Figura 3.33. Colocación palpadores transmisión directa (a). Equipo Proceq Pundit PL-200 (b).
El equipo de ultrasonidos empleado es el modelo Pundit PL-200 del fabricante
Proceq (Figura 3.33). El modelo Pundit es reconocido como el primer dispositivo de
campo comercial para medir la velocidad de pulso ultrasónico. El ensayo se realiza
empleando palpadores con una frecuencia de trabajo de 500 kHz, lo que se traduce
en 500000 oscilaciones por segundo. Además, el voltaje es ajustado a 100 V y la
ganancia en un valor de X10, ambos valores al mínimo permitido por el equipo,
consiguiendo de esta manera los mejores resultados en el ensayo. Una vez realizado
el ensayo se obtiene el tiempo que tarda la onda en atravesar el material (Figura
3.34), al ser un ensayo que depende mucho del operario que lo ejecuta, en el
departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la UPC se ha desarrollado un
software en Matlab que permite despreciar el primer punto de captación de la onda
para coger el segundo punto, el cual es más fiable y presenta menor variación
respecto al primero. Una vez se han tratado los datos es posible determinar la
velocidad de propagación de la onda, siendo el cociente entre la longitud de la
probeta y el tiempo que la onda tarda en atravesar la misma. El ensayo se realiza
sobre testigos extraídos del mortero proyectado sobre las artesas metálicas
descritas en la Figura 3.22, se caracterizan mínimo 5-6 testigos para cada una de las
edades. El proceso de extracción de testigos es descrito en el siguiente punto.
Figura 3.34. Gráfica obtenida directamente del equipo de ensayos antes del tratamiento.
En el caso de materiales heterogéneos como el mortero proyectado la velocidad de
propagación depende de varios factores como la dosificación, compacidad, edad,
etc. Mediante la velocidad de transmisión es posible evaluar de forma cualitativa la
existencia de poros en el mortero proyectado, ya que la velocidad de propagación
80 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
es menor en el aire, pudiendo ser relacionado con la resistencia a compresión del
material y por lo tanto con el proceso de hidratación o curado del mismo. Además,
es posible estimar el módulo elástico, la resistencia a compresión, el coeficiente de
Poisson del material analizado y la presencia de defectos o fisuras.
• Ensayo de compresión: ensayo destructivo mediante el cual es posible determinar
la resistencia a compresión del mortero proyectado comprimiendo los testigos
hasta rotura y registrando la carga máxima alcanzada, siendo la resistencia a
compresión el cociente entre la fuerza registrada entre el área sobre la que se
aplica. El equipo utilizado es una prensa de la marca Ibertest con una capacidad de
carga máxima de 200 kN. El ensayo se configura para que la velocidad de carga sea
de 0,5 MPa/s, rango definido por la norma UNE-EN 12390-3 (40). El ensayo de
compresión se realiza en testigos de 50 mm de longitud y 25 mm de diámetro
extraídos de las artesas metálicas proyectadas con mortero (Figura 3.22). El número
de testigos extraídos de cada una de las artesas es de un total de 25, distribuidos
como se indica en la Figura 3.35. Como se ha explicado anteriormente el número de
testigos caracterizados por edad y dosificación es de entre 5-6 testigos como
mínimo, asegurando de esta manera que los resultados obtenidos con
característicos de todo el conjunto del material.
Figura 3.35. Artesa y testigo extraído para ensayo de compresión.
La extracción de testigos se realiza empleando un taladro industrial de la marca Hilti
y una broca con corona de diamante con un diámetro exterior de 25,4 mm. Una vez
extraídos los testigos es necesario cortarlos para que su longitud sea de 50 mm
aproximadamente con ambas caras paralelas entre sí para asegurar que el ensayo
de compresión se realiza correctamente. El corte se realiza empleando una
cortadora de mesa refrigerada mediante agua. Una vez se tienen los testigos
preparados se sumergen en agua y se introducen en la cámara húmeda a una
temperatura de 20oC con una humedad relativa del 85-90 %. Tanto las artesas como
los testigos permanecen en cámara húmeda hasta su correspondiente edad de
Capítulo 3 81
Sergio Ramírez Luque
ensayo. Las probetas de control moldeadas de geometría prismáticas con medidas
de 160x40x40mm también son ensayadas a compresión después de ser ensayadas
a flexión.
• Ensayo de flexión: ensayo realizado en probetas prismáticas moldeadas con una
dimensión de 160x40x40mm (Figura 3.36) sobre las que se ejerce un momento
flector mediante la aplicación de una carga puntual sobre una de las caras
moldeadas de la probeta, se registra la carga máxima alcanzada y se determina la
resistencia a flexión. El ensayo se realiza en una prensa (Ibertest) con una capacidad
máxima de 10 kN, siguiendo la configuración indicada en la norma UNE-EN 12390-
5 (41). La velocidad de carga se configura a 0,06 MPa/s. En el caso de las probetas
de referencia de mortero se ensayan a 7 y 28 días para cada una de las
dosificaciones, almacenándose en cámara húmeda, en las condiciones indicadas
anteriormente hasta la edad de ensayo. En el caso de las probetas moldeadas a
partir de cemento se sigue el mismo procedimiento a distintos días de ensayo.
Figura 3.36. Probetas moldeadas 160x160x40mm (a). Configuración ensayo flexión (b).
3.5.4. Caracterización Física
La caracterización física del mortero proyectado se realiza sobre testigos
extraídos de las artesas metálicas (Figura 3.22), caracterizando 3-4 testigos por
dosificación y edad de ensayo. La norma seguida para la realización del ensayo es la
norma UNE 83980 (42), mediante la cual es posible determinar la absorción de agua, la
densidad y la porosidad accesible al agua. La determinación de las tres propiedades se
realiza midiendo el peso de los testigos en tres estados diferentes: peso seco (m1,) peso
tras inmersión (m2) y peso aparente (m4). Los pesos son medidos mediante una balanza
hidrostática, el secado de las probetas se realiza empleando una estufa a una
temperatura de 100oC. El peso seco (m1) se corresponde con el peso de la probeta tras
introducirse en la estufa durante al menos 48 h o hasta que la diferencia de pesos entre
dos medidas consecutivas sea menor al 0,5 %, además es necesario enfriar el testigo en
las condiciones de laboratorio antes de tomar la medida. El peso tras inmersión (m2) es
82 Metodología
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
el peso tras inmersión de la probeta durante al menos 48 h en condiciones de
laboratorio, la toma de medidas se realiza hasta que el peso se mantiene estable con
una diferencia entre medidas consecutivas inferior al 0,5 %, antes de realizar la medida
se seca la superficie con un papel o paño. Por último, el peso aparente (m4) se
corresponde con el peso del testigo sumergido empleando para ello la balanza
hidrostática, el testigo no debe tocar las paredes de la cesta y esta no debe tocar el
fondo del recipiente, el testigo debe permanecer sumergido en el momento de tomar la
medida (42). Las tres propiedades se determinan empleando los pesos indicados
anteriormente y las siguientes ecuaciones:
E�FG�@�@: B =I-
I� − I�
∙ B<JK< L:M;NO<L< 12. 3.3
PQRQG�@�@: S =I� − I-
I� − I�
∙ 100 12. 3.4
�TGQR2�óF: � =I� − I-
I-
∙ 100 12. 3.5
Capítulo 4 83
Sergio Ramírez Luque
CAPÍTULO 4. RESULTADOS
4.1. INTRODUCCIÓN
El capítulo 4 se centra en exponer los resultados obtenidos en cada uno de los
ensayos y en cada una de las proyecciones llevadas a cabo en la campaña experimental.
Los apartados y subapartados del presente capítulo se dividen de la misma manera que
han sido descritos los ensayos en el capítulo 3.
En primer lugar, se exponen los resultados obtenidos en los ensayos realizados
para caracterizar el comportamiento reológico de la dosificación seleccionada, junto con
una comparativa respecto a otras posibles dosificaciones. Posteriormente, se realiza una
comparativa entre de los distintos acelerantes del fraguado, así como entre los distintos
porcentajes de aditivo acelerante del fraguado empleados, usando para ellos los
resultados de los distintos ensayos llevados a cabo en cada una de las proyecciones de
mortero.
4.2. COMPORTAMIENTO REOLOGICO
El conocimiento del comportamiento reológico de la dosificación proyectada es
muy importante, como ya se ha comentado anteriormente, para conocer el
comportamiento en estado fresco, así como su evolución a lo largo del tiempo. A
continuación, se indicarán los resultados obtenidos en el ensayo de la mesa de sacudidas
y los resultados obtenidos mediante el viscosímetro en las distintas dosificaciones
estudiadas.
La dosificación empleada en el ensayo de la mesa de sacudidas se indica en la
Tabla 3.12, mientras que los resultados obtenidos para cada tiempo de ensayo se
muestran graficados en la Figura 4.1. Mediante la graficación de los resultados
obtenidos se observa como el diámetro de la torta disminuye 1,67 cm, un 6,36 %, desde
el inicio de la toma de medidas, 15 min, hasta los 60 min. La consistencia se mantiene
en la primera hora tras la fabricación del material, por lo tanto, la capacidad de bombeo
se mantiene y no se dificulta la capacidad de proyección del material. Pasados 90 min
84 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
desde la fabricación del material el diámetro de la torta disminuye 5,1 cm (19,41 %), la
consistencia de la mezcla aumenta, no obstante, no presenta ningún problema a la hora
de realizar la proyección, la bomba de mortero tiene suficiente fuerza de bombeo para
impulsar el material en ese estado. El diámetro no disminuye de los 20 cm por lo que la
consistencia en todo momento es blanda según lo indicado en la Tabla 3.13. Además,
una vez entra en contacto con el flujo de aire en la boquilla el material se dispersa por
lo que no es susceptible de que se bloquee en la boquilla de proyección, no obstante,
no es recomendable llegar a los 90min tras la fabricación del material, el punto óptimo
se encuentra entre 30 y 60 min, periodo en el que se han realizado todas las
proyecciones de la presente campaña experimental.
Figura 4.1. Resultados ensayo mesa de sacudidas.
Los resultados obtenidos mediante el viscosímetro vienen indicados en la Tabla
A.1, Tabla A.2 y Tabla A.3del anejo A para cada una de las dosificaciones indicadas en la
Tabla 3.14, Tabla 3.15 y Tabla 3.16. Los resultados para cada una de las dosificaciones
han sido graficados en la Figura 4.2, Figura 4.3 y Figura 4.4 para cada una de las edades
de ensayo. En primer lugar, se analizará cada una de las dosificaciones por separado
para posteriormente realizar una comparativa de los parámetros reológicos entre la
dosificación de partida y la dosificación de interés.
La primera dosificación estudiada ha sido la dosificación con una relación a/c
igual a 0,51, dosificación de partida empleada en campañas experimentales previas.
Como ya se ha indicado anteriormente, las edades de ensayo son 1, 10 y 30 min. El
comportamiento reológico se ajusta al modelo de Bingham indicado en la Figura 2.27
del apartado 2.8. En la Tabla 4.1 se indican los parámetros reológicos, esfuerzo umbral
de corte y viscosidad plástica, además se indica el coeficiente de segregación para cada
una de las edades de ensayo. Se observa como el esfuerzo umbral de corte para 1 min
de ensayo es muy bajo, obteniendo un valor negativo, debido a la elevada cantidad de
agua presente en la mezcla, otorgando elevada fluidez a cortas edades. Una vez
20
22
24
26
28
15 30 45 60 75 90
Dia
met
ro (
cm)
Tiempo (min)
Capítulo 4 85
Sergio Ramírez Luque
comienzan los procesos de hidratación de las partículas de cemento y se produce la
generación de las fases hidratadas del cemento (etringita o Aft), se observa como el
esfuerzo umbral de corte aumenta hasta alcanzar un valor igual a 6,94 Pa a los 30 min
de ensayo. La tendencia de la viscosidad plástica es idéntica, a 1 min de ensayo presenta
una baja viscosidad plástica que aumenta con el paso del tiempo, a los 10 min de ensayo
se ha producido un aumento del 11,5 % mientras que a 30 min de ensayo se ha
producido un aumento del 33,6 % respecto a la primera edad de ensayo. Como se ha
indicado anteriormente, el grado de segregación es muy bajo, pudiéndose justificar de
dos maneras. En primer lugar, el séptimo punto para cada una de las edades de ensayo
en la Figura 4.2se solapa con el sexto punto, además el coeficiente de segregación es
muy bajo tal y como se observa en la Tabla 4.1.
Tabla 4.1. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,51.
Edad de Ensayo
(min)
Esfuerzo Umbral de
Corte (Pa)
Viscosidad Plástica
(Pa∙s)
Coeficiente de
Segregación
1 -3,88 2,17 -2,02
10 4,02 2,42 -1,55
30 6,94 2,90 0,02
Figura 4.2. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,51.
La segunda dosificación estudiada ha sido una dosificación intermedia entre la
de referencia o partida y la dosificación de interés. La dosificación empleada viene
indicada en la Tabla 3.15. Los resultados obtenidos mediante el viscosímetro vienen
indicados en la Figura 4.3, mientras que los parámetros reológicos y el coeficiente de
segregación vienen indicados en la Tabla 4.2. Se observa, de la misma manera que en la
dosificación anterior (a/c=0,51) que a cortas edades tanto el esfuerzo umbral de corte
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Mo
men
to T
ors
or
(N·m
)
Velocidad de Rotación (rps)
1 min 10 min 30 min
86 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
como la viscosidad plástica presenta valores bajos que aumentan a lo largo que se
desarrollan las reacciones de hidratación del cemento. En el caso de la dosificación con
una relación a/c igual a 0,46 se observa como la viscosidad plástica aumenta un 31, 8 %
a los 10 min de ensayo mientras que a los 30 min se produce un aumento del 71 %. El
aumento de la viscosidad plástica es muy elevado, produciéndose una elevada
disminución en la fluidez debido a la poca cantidad de agua empleada en la dosificación,
provocando que la distancia entre partículas de cemento disminuya y por lo tanto
disminuya la fluidez. De la misma manera que en la dosificación anterior no existe
segregación. Por un lado, para todas las edades de ensayo el séptimo punto se solapa
con el sexto mientras que el coeficiente de segregación se mantiene negativo, indicando
la ausencia de segregación en la mezcla. En el caso de la dosificación con relación a/c
igual a 0,46 se observa como la segregación es menor respecto a la dosificación con
relación a/c igual a 0,51.
Tabla 4.2. Parámetros reológicos dosificación a/c=0,46.
Edad de Ensayo
(min)
Esfuerzo Umbral de
Corte (Pa)
Viscosidad Plástica
(Pa∙s)
Coeficiente de
Segregación
1 9,65 2,14 -3,83
10 13,14 2,82 -2,04
30 26,05 3,66 -1,57
Figura 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,46.
La última dosificación estudiada es la dosificación con una relación a/c igual a
0,42, dosificación de interés en la presente campaña experimental. Los resultados
obtenidos mediante el viscosímetro vienen indicados en la Figura 4.4, mientras que los
parámetros reológicos y el coeficiente de segregación vienen indicados en la Tabla 4.3.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Mo
men
to T
ors
or
(N·m
)
Velocidad de Rotación (rps)
1min 10min 30min
Capítulo 4 87
Sergio Ramírez Luque
La evolución de los parámetros reológicos presenta el mismo comportamiento que las
dos dosificaciones estudiadas anteriormente, a cortas edades la viscosidad plástica
presenta menores valores que a 10 y 30 min, observándose un aumento del 18,5 % a 10
min de ensayo y de 80,5 % a 30min de ensayo. La menor cantidad de agua disponible en
la dosificación produce un aumento en el valor del esfuerzo umbral de cizalla debido al
aumento de volumen de sólidos disminuyendo la distancia media entre partículas y por
tanto aumentando la fuerza existente entre partículas. En esta dosificación no existe
segregación a corta edades, el séptimo punto se sola con el sexto para 10 y 30 min de
ensayo y los coeficientes de segregación son bajos, produciéndose un aumento en la
segregación a 30 min de ensayo, no siendo esta elevada y no afectando a la capacidad
de bombeo y proyección del material.
Tabla 4.3. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42.
Edad de Ensayo
(min)
Esfuerzo Umbral de
Corte (Pa)
Viscosidad Plástica
(Pa∙s)
Coeficiente de
Segregación
1 13,44 7,09 -0,91
10 28,08 8,40 -0,90
30 90,37 12,80 2,71
Figura 4.4. Resultados viscosímetro dosificación a/c=0,42.
Una vez expuestos los resultados obtenidos para cada una de las dosificaciones
es necesario realizar una comparativa de los parámetros reológicos obtenidos para cada
una de las dosificaciones (Figura 4.5 y Figura 4.6). En ambas gráficas se observa la
influencia de la relación a/c en el comportamiento reológico del mortero, observando
como al disminuir la cantidad de agua presente en la dosificación se produce un
aumento tanto del esfuerzo umbral de corte como en la viscosidad plástica afectando
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
Mo
men
to T
ors
or
(N·m
)
Velocidad de Rotación (rps)
1min 10min 30min
88 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
tanto a la fluidez y trabajabilidad como a la bombeabilidad de la mezcla, debido a que
una menor cantidad de agua disponible en la dosificación produce un aumento en el
valor de los parámetros reológicos debido al aumento de volumen de sólidos,
disminuyendo la distancia media entre partículas y por tanto aumentando la fuerza
existente entre partículas La comparativa va a realizarse entre la dosificación de
referencia (a/c=0,51) y la dosificación de interés (a/c=0,42) para la edad de ensayo de
30 min, ya que es el comportamiento más importante a la hora de realizar las
proyecciones de mortero. Se observa como el esfuerzo umbral de corte sufre un
aumento del 1200 % en la dosificación con relación a/c igual a 0,42 respecto a la
dosificación de referencia. En el caso de la viscosidad plástica se produce un aumento
del 340 %, de esta manera se confirma la gran influencia que tiene la relación a/c en el
comportamiento reológico del material.
Figura 4.5. Evolución esfuerzo umbral de corte.
Figura 4.6. Evolución viscosidad plástica.
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
0 10 20 30
Esfu
erzo
Um
bra
l de
Co
rte
(Pa)
Título del eje
0,51 0,46 0,42
0,00
5,00
10,00
15,00
0 10 20 30
Vis
cosi
dad
Plá
stic
a (P
a·s)
Tiempo de Ensayo (min)
0,51 0,46 0,42
Capítulo 4 89
Sergio Ramírez Luque
La dosificación de interés, como se ha indicado, es la que presenta una relación
a/c igual a 0,42. Según los resultados obtenidos tanto en el ensayo de mesa de sacudidas
como mediante el viscosímetro, se determinar que la mezcla es apta para ser
proyectada, incluso con los elevados valores de esfuerzo umbral de corte y de viscosidad
plástica que presenta a 30 min, la edad normal de proyección es de entre 30-60 min
como ya se ha indicado. De esta manera se cumple con la reducción en la relación a/c
comentada anteriormente, siendo posible proyectar la mezcla. No obstante, en futuras
investigaciones sería recomendable mantener la relación a/c y aumentar el porcentaje
de superplastificante presente en la dosificación para disminuir los valores de ambos
parámetros reológicos a largo plazo, entendido por largo plazo a partir de 30 min. De
esta manera se asegura en mayor medida la consistencia y trabajabilidad de la mezcla,
así como su bombeabilidad, evitando que se produzca un mal mezclado entre aditivo
acelerante del fraguado y mortero. Para ello es necesario conocer el límite de saturación
del superplastificantes mediante el ensayo del cono de Mars, para posteriormente,
determinar si existe o no segregación y como afecta al valor de ambos parámetros
reológicos empleando el mismo viscosímetro que en la presente campaña experimental.
4.3. CARACTERIZACIÓN PROCESO HIDRATACIÓN
4.3.1. Ensayo Calorimetrías
Los resultados de los ensayos de calorimetrías realizados en cada una de las
proyecciones se muestran en la Figura 4.7, incluyendo el resultado obtenido en una
muestra de control de mortero vertido sin aditivo acelerante del fraguado. En la Figura
4.8 se muestra en detalle la etapa I y en la Figura 4.9 la etapa III del proceso de
hidratación. En la Tabla A.4 del anejo A se muestran los valores obtenidos para cada
dosificación estudiada.
La comparativa entre los distintos aditivos acelerantes del fraguado y su
porcentaje va a realizarse centrándose en la etapa I y en la etapa III del proceso de
hidratación (Figura 4.8 y Figura 4.9), etapas donde los aditivos acelerantes del fraguado
tienen mayor influencia, principalmente en la etapa I donde se produce el pico de
acelerante (PA). En la etapa III se produce el pico principal de hidratación o PP. En primer
lugar, es necesario indicar que el comportamiento en la etapa I del AR-1_3 no es correcto
debido a que el acelerante del fraguado rico en álcalis presenta una elevada reactividad,
debido al elevado porcentaje de aluminatos que presenta en su composición, por lo que
el tiempo trascurrido entre la deposición del material en el recipiente de ensayo y su
introducción en el equipo es demasiado elevada como para ser capaz de detectar el pico
correspondiente a la etapa I del proceso de hidratación. Si se comparan ambos tipos de
aditivo acelerante del fraguado libres de álcalis, se observa como el aditivo AKF-2 genera
un mayor flujo de calor normalizado en la etapa I, siendo esperable que su resistencia a
90 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
corto plazo sea mayor que en el caso del AKF-1. En el caso de la dosificación al 5% el
AKF-2 presenta un flujo de calor normalizado un 27,6 % superior al AKF-1 mientras que
la dosificación al 7 % presenta un valor 29 % superior. En la Figura 4.8 se observa como
el flujo de calor normalizado en las mezclas donde se emplean ambos aditivos
acelerantes del fraguado libres de álcalis, aumenta al aumentar el porcentaje de aditivo
acelerante del fraguado, comportamiento esperado ya que al aumentar el porcentaje
de aditivo acelerante del fraguado se está favoreciendo en mayor medida la disolución
del C3S y la formación de etringita (Aft) debido a la mayor presencia de aluminatos,
siendo esperable que las mezclas con mayor porcentaje de aditivo acelerante del
fraguado sufran una mayor disminución de su resistencia a largo plazo, ya que mayor
parte del C3S ha sido disuelto dando lugar a la formación de etringita (Aft) y no dando
lugar a la formación de C-S-H en la etapa III del proceso de hidratación. Por último, se
observa como al comparar los dos aditivos acelerantes del fraguado en sus dos
porcentajes frente a la dosificación de control, el valor del flujo de calor normalizado es
mucho menor en la muestra de control. El incremento en el flujo de calor normalizado
frente a la muestra de control es del 134,7 % para el AKF-1_5 y del 260,7 % en el caso
del AKF-1_7. En el caso del AKF-2 el incremento es superior, para el 5 % es del 198,5 %
mientras que para el 7 % es del 365,2 %, comportamiento esperable ya que como se ha
indicado la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado favorecen una mayor
disolución y formación de etringita (Aft) con su consiguiente aumento del calor debido
a las reacciones exotérmicas que tienen lugar.
Una vez analizado el comportamiento de la etapa I del proceso de hidratación
empleando aditivos acelerantes del fraguado, es necesario analizar la etapa III y como
los aditivos afectan al proceso de hidratación. Es este caso es necesario analizar tanto la
aceleración que se produce en el proceso de hidratación como el flujo de calor
desprendido. En la Figura 4.9 se observa como en la mezcla con aditivo AR-1 el tiempo
al que se produce el pico segundo correspondiente a la etapa III se da al menor tiempo
de entre todos los aditivos empleados, comportamiento esperable ya que los aditivos
ricos en álcalis se caracterizan por otorgar elevadas resistencias inicial. Con respecto a
la muestra de control la reducción en tiempo del segundo pico es del 49,4 %, siendo el
valor del flujo de calor normalizado del segundo pico un 19,3 % superior. En los aditivos
AKF-1 y AKF-2 se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del
fraguado se produce una disminución en el tiempo del segundo pico, siendo esta
reducción más acusada en el caso del AKF-1, reduciéndose el tiempo en un 16% al pasar
de un 5 % a un 7 % en la dosificación de aditivo, en el caso del AKF-2 no se produce
modificación en el tiempo del segundo pico. La reducción del tiempo del segundo pico
entre la mezcla de control y las mezclas proyectadas es de un 17,5 % para el AKF-1_5,
30,7 % AKF-1_7, 15,06 % AKF-2_5 y un 17,5 % para el AKF-2_7. Los valores del flujo de
calor normalizado se mantienen equivalentes entre distintos porcentajes de un mismo
aditivo, produciéndose un aumento en el AKF-2 respecto al AKF-1 del 23,2 %. En todos
Capítulo 4 91
Sergio Ramírez Luque
los casos el aditivo AR-1 presenta tanto el menor tiempo para el segundo pico como el
mayor valor de flujo de calor normalizado.
Figura 4.7. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h.
Figura 4.8. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-30min.
Figura 4.9. Resultados flujo de calor normalizado ensayo de calorimetrías 0-48h.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Flu
jo d
e C
alo
r N
orm
aliz
ado
(mW
/g c
emen
to)
Tiempo (h)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
CEMI_CONTROL
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Flu
jo d
e C
alo
r N
orm
aliz
ado
(mW
/g c
emen
to)
Tiempo (h)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
CEMI_CONTROL
0
1
2
3
4
5
6
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Flu
jo d
e C
alo
r N
orm
aliz
ado
(mW
/g c
emen
to)
Tiempo (h)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
CEMI_CONTROL
92 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
4.3.2. Control Temperatura
Los valores de temperatura medidos a través de los termopares colocados en el
centro de las artesas vienen indicados en la Figura 4.10 y en la Figura 4.11 para las
primeras 12 h. Los valores de temperatura medidos en la esquina superior izquierda no
se han tenido en cuenta ya que los valores en el centro de la artesa son más
representativos del conjunto del material al no estar afectados por la reducción de
temperatura que se produce al encontrarse situado más cerca de la superficie metálica
externa de la artesa, produciendo una disminución en la temperatura medida. Este
comportamiento se ha verificado en cada una de las proyecciones y puede visualizarse
a modo de ejemplo en la Figura 4.12.
El pico máximo de temperatura para cada una de las proyecciones coincide
temporal y aproximadamente con el segundo pico del proceso de hidratación,
correspondiente a la etapa III (Tabla 4.4). Este comportamiento es el esperado debido
al flujo de calor liberado durante el proceso de hidratación del C3S para dar lugar a la
formación de C-S-H. Además, se observa como existe un pico menor correspondiente a
la etapa I del proceso de hidratación. De la misma manera se confirma como, igual que
mediante el ensayo de calorimetrías, la temperatura del material durante el proceso de
fraguado aumenta al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado,
observando este comportamiento en el aditivo AKF_1, aumentando la temperatura un
8,5 % respecto a la dosificación con un 5 % de aditivo. En este mismo aditivo se observa
como al aumentar su porcentaje se reduce el tiempo al que se produce el pico de
temperatura, comportamiento idéntico al observado mediante el ensayo de
calorimetrías, siendo la reducción en el tiempo del 24,4 %. En el caso del AKF_2 se
observa cómo al aumentar el porcentaje de aditivo se adelanta el tiempo al que se
produce el pico de temperatura correspondiente a la etapa III del proceso de hidratación
un 4,3 %. Sin embargo, en este aditivo el pico de temperatura es mayor en el caso del
5% que en el caso del 7%, este comportamiento puede deberse a las condiciones
ambientales externas. Se ha intentado mantener las condiciones de curado hasta 48 h a
20oC mediante la utilización de un aire acondicionado portátil, pudiendo ser posible que
las condiciones ambientales variasen en esas primeras 48 h debido a los cambios de
temperatura externos del laboratorio, justificando de esta manera la variación en la
temperatura medida en el interior del material. El aditivo AR-1 presenta el mismo
comportamiento que el AKF-2.
Capítulo 4 93
Sergio Ramírez Luque
Figura 4.10. Resultados temperatura 0-48 h.
Figura 4.11. Resultados temperatura 0-12 h.
Tabla 4.4. Temperatura máxima y tiempo para cada dosificación.
Dosificación Tª máx (oC) Tiempo (h)
AKF-1_5 30,7 6,02
AKF-1_7 33,3 4,43
AKF-2_5 36,3 6,58
AKF-2_7 32,6 6,30
AR-1_3 33,2 8,02
94 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 4.12. Comparación resultados temperatura entre los distintos termopares colocados en la artesa.
4.4. CARACTERIZACIÓN MECÁNICA
4.4.1. Resistencia a la Penetración
Los resultados del ensayo de resistencia a la penetración vienen indicados en la
Figura 4.13, mostrando cómo evoluciona la resistencia a la penetración a lo largo del
tiempo para cada una de las dosificaciones realizadas, pudiendo determinar cuándo se
produce el final del fraguado, como se ha indicado anteriormente al alcanzar un valor
de resistencia a la penetración igual a 27,6 MPa. En la Tabla 4.5 se indica el tiempo de
final de fraguado para cada una de las dosificaciones de aditivo acelerante del fraguado
realizadas en la presente campaña experimental.
El primer análisis de los resultados obtenidos se centra en evaluar cómo afecta
el porcentaje de aditivo acelerante al tiempo final de fraguado y a la ganancia de
resistencia a la penetración a corto plazo. En el AKF-1 se observa como al aumentar el
porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se produce una reducción en el tiempo
final de fraguado del tiempo del 32,6 % al aumentar el porcentaje de aditivo del 5 al 7
%. En el caso del AKF-2 se observa como el tiempo final de fraguado es prácticamente
idéntico, este comportamiento es algo anómalo ya que el tiempo final de fraguado
debería ser menor, pudiendo deberse a un incorrecto mezclado entre aditivo y mortero
en la boquilla de proyección. Este factor será discutido más adelante junto a los
resultados de la caracterización mecánica y física. El aditivo AR-1 presenta un tiempo
final de fraguado elevado, encontrándose en la media obtenida entre todos los aditivos
y dosificaciones empleadas, observándose como a muy corto plazo (t<60 min) la
ganancia de resistencia es muy superior al resto de aditivos acelerantes del fraguado,
comportamiento esperable en base a los resultados obtenidos en el ensayo de
calorimetrías y debido al elevado contenido en aluminatos del aditivo. Al realizar la
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Tem
per
atu
ra (
ºC)
Tiempo (h)
AKF-1_5_Artesa_1_Cen.
AKF-1_5_Artesa_1_Sup.
Capítulo 4 95
Sergio Ramírez Luque
comparativa entre todos los aditivos acelerantes del fraguado utilizados se observa
como el AKF-1_7 presenta el menor tiempo de fraguado, seguido del AKF-2_5, AKF-2_7,
AR-1_3 y por último el AKF-1_5. En este ensayo también es necesario tener en cuenta
que se ha realizado el cambio de artesa por no tener suficiente material para finalizar el
ensayo, este cambio de material también tiene influencia sobre los resultados obtenidos
ya que el comportamiento del material puede variar debido a la propia puesta en
servicio del material, no obstante, se ha intentado que el material ensayado tuviese la
misma edad de ensayo ya que se realizaba un control de la hora de inicio y final de cada
una de las artesas proyectadas.
Figura 4.13. Resultados ensayo de penetración.
Tabla 4.5. Tiempo final de fraguado para cada dosificación.
Dosificación Final Fraguado (min)
CEMI_AKF-1_5 144
CEMI_AKF-1_7 97
CEMI_AKF-2_5 107
CEMI_AKF-2_7 111
CEMI_AR-1_3 114
4.4.2. Resistencia a Compresión Indirecta
Los resultados del ensayo de resistencia a compresión indirecta se muestran en
la Tabla A.5 del anejo A y en la Figura 4.14 del presente apartado. El comportamiento
que presenta el aditivo acelerante del fraguado AR-1 es el esperado ya que su ganancia
de resistencia a corto plazo es muy elevada, por encima del resto de aditivos acelerantes
del fraguado, produciéndose una disminución a las 48 h de ensayo respecto a los aditivos
libres de álcalis con una dosificación del 5 %, siendo la diferencia del 7,8 % respecto al
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 30 60 90 120 150
Res
iste
nci
a a
la P
enet
raci
ón
(M
Pa)
Tiempo (min)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
27,6 MPa
96 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
AKF-1_5 y del 8% en el caso del AKF-2_5, sin embargo los valores obtenidos a 48h se
mantienen por encima de la dosificación al 7 %, siendo un 24,6 % superior en el caso del
AKF-1_7 y un 5,5 % en el caso del AKF-2_7. En el caso del AKF-1 y el AKF-2 se observa
como al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del fraguado se produce un
aumento en la ganancia de resistencia a corto plazo (t<24 h), produciéndose una
disminución de su resistencia a las 48h de ensayo en el caso de la dosificación con mayor
porcentaje, en el caso del AKF-1 se produce una disminución del 26 % ,siendo en el caso
del AKF-2 del 12,8 %. Para la dosificación de AKF-2_7 se observa como los valores
obtenidos son inferiores a la dosificación al 5 %, a las 24 h de ensayo un 2,5 % inferior.
Como se ha indicado anteriormente, este comportamiento puede deberse a un mal
mezclado del aditivo acelerante del fraguado con el mortero en la boquilla de
proyección.
Figura 4.14. Resultados ensayos de resistencia a compresión indirecta.
4.4.3. Velocidad de Pulso Ultrasónico
Los resultados del ensayo de velocidad de pulso ultrasónico vienen indicados en
la Tabla A.6, Tabla A.7, Tabla A.8, Tabla A.9 y Tabla A.10 de anejo A y graficados en la
Figura 4.15 del presente apartado. Mediante este ensayo se obtiene la velocidad de
pulso ultrasónico, pudiendo relacionar de forma estimada este valor con la porosidad
que presenta el material y por lo tanto con la resistencia a compresión del mismo. De
forma general se observa como a cortas edades la velocidad de pulso ultrasónico es muy
baja debido a que el material presenta una elevada porosidad, por un lado, debido a la
propia técnica de puesta en servicio del material y por otro lado debido a que no se han
desarrollado completamente las reacciones de hidratación del cemento. Una elevada
porosidad se traduce en una baja resistencia a compresión ya que parte del material
está formado por aire, no aportando resistencia al conjunto del mismo. Una vez avanza
la edad de ensayo y por lo tanto la edad de curado del material, se observa como el
comportamiento general es al aumento de la velocidad de pulso ultrasónico debido a
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0 6 12 18 24 30 36 42 48
Res
iste
nci
a a
Co
mp
resi
ón
In
dir
ecta
(M
Pa)
Tiempo (h)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
Capítulo 4 97
Sergio Ramírez Luque
que la estructura del mortero es más cerrada, con menos volumen de poros y con mayor
densidad gracias a la formación de C-S-H a través de las reacciones de hidratación del
cemento. La bajada de porosidad a lo largo del tiempo se traduce en un aumento de la
resistencia a compresión del material. Realizando la comparativa entre los distintos
aditivos acelerantes del fraguado se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo
presente en la mezcla proyectada se produce una disminución en la velocidad de pulso
ultrasónico. En el caso del AKF-1 se observa como a los 7 días de ensayo la dosificación
con un 7 % de aditivo acelerante del fraguado presenta una velocidad de pulso
ultrasónico un 2,6 % inferior. En los siguientes apartados se verificará si la resistencia a
compresión y la porosidad son menores a 7 días en la dosificación del 7 % respecto al 5
% en el AKF-1. El aditivo AKF-2 presenta el mismo comportamiento a 7 días de ensayo,
observando como la dosificación que presenta un porcentaje del 7 % presenta menores
valores que la dosificación al 5 %, siendo la diferencia del 1,3 %. A los 28 días de ensayo
se observa como el comportamiento es el mismo, la dosificación al 7 % presenta
menores valores respecto a la dosificación al 5 %, en el caso del AKF-2_7 se observa
como los valores se igualan al AKF-2_5. Este comportamiento es el esperado ya que al
aumentar el porcentaje de aditivo se produce una mayor ganancia de resistencia a corto
plazo viéndose afectada a largo plazo por la falta de desarrollo del C-S-H al haber menos
cantidad de C3S libre para reaccionar durante el proceso de curado. En el caso del AR-1
se observa como la velocidad de pulso ultrasónico presenta un valor intermedio frente
al resto de mezclas.
Figura 4.15. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico testigos.
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
0 7 14 21 28
Vel
oci
dad
Imp
uls
o (
km/s
)
Tiempo Curado (días)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
98 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
4.4.4. Resistencia a Compresión
Los resultados de los ensayos de resistencia a compresión realizados se muestran
en la Tabla A.11, Tabla A.12, Tabla A.13, Tabla A.14 y Tabla A.15 del anejo A y en
graficados en la Figura 4.16 del presente apartado. En primer lugar, se observa que la
resistencia a compresión a los 28 días de curación presenta un valor inferior en
comparación con el mortero de control fabricado en cada una de las proyecciones. Este
comportamiento se debe a dos factores: debido a la propia naturaleza de la puesta en
servicio del material la cual aporta una elevada porosidad y por otro lado debido a que
la incorporación de aditivos acelerantes del fraguado produce una disminución de la
resistencia a compresión a largo plazo. Tomando como referencia el valor de resistencia
a compresión a 28 días del AR-1_3 frente al mortero de control correspondiente a ese
mismo aditivo, la resistencia a compresión es un 55 % inferior, siendo este valor superior
para el resto de mezclas analizadas. Como se observaba en la Figura 4.15 los aditivos
acelerantes del fraguado que presentan una mayor resistencia a compresión son el AKF-
2_5 y el AR-1_3. También se observa como al aumentar el porcentaje de aditivo
acelerante del fraguado se produce una disminución en la resistencia a compresión para
todas las edades de ensayo. En el caso del AKF-1 se produce una disminución a 7 días de
ensayo del 42,5 % mientras que a 28 días es del 41,8 %, en el caso del AKF-2 la reducción
de resistencia a compresión al aumentar el porcentaje de aditivo acelerante del
fraguado en la mezcla es del 24,5 % a 7 días y del 17,8 % a 28 días. Como se ha indicado
anteriormente, los aditivos que presentan mayor resistencia a compresión son el AKF-
2_5 y el AR-1_3, observando como a 1-2 días de ensayo la resistencia a compresión en
el AR-1_3 es un 5,3 % superior y un 10 % superior, mientras que a los 7 días de ensayos
ambos aditivos presentan valores muy similares. A los 28 días de ensayo se observa que
el AR1_3 presenta mayor resistencia a compresión que el AKF-2_5, concretamente del
26,7 %.
Una vez comparada la resistencia a compresión de las mezclas ensayadas es
posible establecer una relación entre los distintos ensayos analizados. En primer lugar,
se observa como el ensayo de velocidad de pulso ultrasónico da una idea de cuál va a
ser la resistencia a compresión del material. Tomando como referencia la edad de
ensayo de 7 días se observa como el AKF-1_7 presenta el menor valor de velocidad de
pulso ultrasónico y la menor resistencia a compresión. En el caso del AKF-1_5 no se
produce esta relación entre ambos ensayos ya que presenta una velocidad de pulso
ultrasónico muy elevada pero una menor resistencia a compresión respecto de mezclas
analizadas, este comportamiento puede deberse debido a que la estructura del material
es muy cerrada y con poca porosidad, pero las fases hidratadas generadas y la
interacción del aditivo producen una disminución en la resistencia a compresión del
material. En el caso del AKF-2 al 5 y 7 % se observa que existe una correlación entre
ambos ensayos, sin embargo, en el caso del AR-1 no se observa esta correlación ya que
Capítulo 4 99
Sergio Ramírez Luque
la velocidad de pulso ultrasónico presenta menores valores mientras que la resistencia
a compresión es muy elevada.
En el caso del ensayo de resistencia a compresión indirecta se observa que la
evolución en el comportamiento de todas las mezclas analizadas es similar salvo en el
caso del AKF-1_5, donde su resistencia es menor respecto al comportamiento observado
en el ensayo de resistencia a compresión indirecta y, como se ha comentado, en el
ensayo de velocidad de pulso ultrasónico.
Figura 4.16. Resultados ensayo resistencia a compresión testigos.
4.4.5. Resistencia a Compresión Probetas Control
Los resultados de la resistencia a compresión en probetas de control se indican
en la Tabla A.16, Tabla A.17, Tabla A.18, Tabla A.19 y Tabla A.20 del anejo A y en la Figura
4.17 del presente apartado. Las probetas de control se han realizado para poder
asegurar que la posible desviación que se produzca en los resultados no se debe a las
características del mortero base. Conjuntamente se ha realizado la medida de la
densidad en fresco del material con el mismo propósito. En la Figura 4.17 se observa
como los resultados de resistencia a compresión en todas las mezclas analizadas
presentan valores similares tanto para 7 días como para 28 días de ensayo, siendo la
mayor variación de los resultados del 8 % para 7 días y del 10,4 % a 28 días, siendo esta
variación aceptable por lo que se determina que la variación en la resistencia a
compresión del mortero base no ejerce influencia en el comportamiento de las mezclas
incorporando los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado. Los resultados de
densidad en fresco vienen indicados en la Tabla 4.6 del presente apartado, de la misma
maneara que con los resultados de resistencia a compresión, se observa como los
valores de densidad en fresco son prácticamente iguales entre todas las dosificaciones
por lo que, como ya se ha indicado, el mortero base no afecta de forma negativa a las
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
0 7 14 21 28
Res
iste
nci
a C
om
pre
sió
n (
MP
a)
Tiempo Curado (días)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
100 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
propiedades de las mezclas proyectadas incorporando cada uno de los aditivos
acelerantes del fraguado estudiados.
Tabla 4.6. Resultados densidad en fresco mortero base para cada una de las mezclas estudiadas.
Dosificación Densidad Fresco (g/cm3)
CEMI_AKF-1_5 2,18
CEMI_AKF-1_7 2,17
CEMI_AKF-2_5 2,15
CEMI_AKF-2_7 2,17
CEMI_AR-1_3 2,18
Figura 4.17. Resultados ensayo resistencia a compresión probetas de control.
4.4.6. Resistencia a Flexión Probetas de Control
Los resultados de la resistencia a flexión en probetas de control se indican en la
Tabla A.21, Tabla A.22, Tabla A.23, Tabla A.24 y Tabla A.25 del anejo A y en la Figura 4.18
del presente apartado. El ensayo de resistencia a flexión en las probetas de control se
ha realizado de forma complementaria ya que el hormigón y mortero en general
presenta un mal comportamiento a flexión. En la Figura 4.18 se observa como la
resistencia a flexión aumenta al aumentar el tiempo de curado del material, observando
como en este caso si existe diferencia entre los valores obtenidos para cada uno de los
materiales de referencia ensayados. Este comportamiento también es el esperado ya
que la resistencia a flexión en morteros presenta un mayor coeficiente de variación que
en el caso de la resistencia a compresión. En el caso de los ensayos de flexión realizados
se obtiene que existe de media un 20 % de variación entre medidas tomadas en el mismo
material y a la misma edad de ensayo mientras que en el caso de la resistencia a
55
60
65
70
75
80
85
7 14 21 28
Res
iste
nci
a C
om
pre
sió
n (
MP
a)
Tiempo Curación (días)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
Capítulo 4 101
Sergio Ramírez Luque
compresión el coeficiente de variación es del 2% aproximadamente. Por lo tanto, se
determina que los ensayos de flexión en probetas de control no aportan información
añadida a la hora de estudiar mezclas que incorporen aditivos acelerantes del fraguado.
Figura 4.18. Resultado ensayo de resistencia a flexión probetas de control.
4.5. CARACTERIZACIÓN FÍSICA
La caracterización física tanto del mortero proyectado como del mortero de
referencia tiene gran importancia, ya que indican cómo evoluciona el curado y las
reacciones de hidratación a lo largo del tiempo. Además, indican como afecta la puesta
en servicio del material a las propiedades mecánicas del mismo. Los resultados se
indican en la Tabla A.26 hasta la Tabla A.41 del anejo A y en la Figura 4.19, Figura 4.20 y
Figura 4.21 del presente apartado.
La Figura 4.19 muestra los resultados correspondientes al porcentaje de
absorción de cada una de las mezclas estudiadas, observando como a medida que
avanza el tiempo de curación del material se produce una disminución en el porcentaje
de absorción que presenta el mismo. La Figura 4.20 presenta el comportamiento
inverso, comportamiento esperado, aumentando la densidad a medida que avanza el
tiempo de curado debido a que la estructura es más cerrada y con menor porosidad
como se observa en la Figura 4.21, la cual tiene el mismo comportamiento que la Figura
4.19. Al aumentar el tiempo de curado aumenta la compacidad de la estructura y por
tanto disminuye la porosidad y absorción, aumentando la densidad gracias a que se
desarrollan en el tiempo las reacciones de hidratación del cemento. En la Figura 4.19 se
observa como el porcentaje medio de absorción para cada una de las mezclas se
encuentra en torno al 12 %, sin embargo se observa como para el AKF-1_7 el porcentaje
de absorción es muy elevado, este comportamiento justificaría la baja resistencia a
compresión obtenida, pudiéndose deber a dos factores, en primer lugar, a una mala
4
6
8
10
12
14
7 14 21 28
Res
iste
nci
a Fl
exió
n (
MP
a)
Tiempo Curación (días)
CEMI_AKF-1_5
CEMI_AKF-1_7
CEMI_AKF-2_5
CEMI_AKF-2_7
CEMI_AR-1_3
102 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
mezcla del aditivo acelerante del fraguado en la boquilla de proyección y en segundo
lugar debido a una mala compactación del material durante el proceso de proyección.
La compactación del material durante el proceso de proyección varía en función de la
velocidad de proyección a la que se mueve la boquilla por delante de la superficie
proyectada, así como de la distancia a la que se realiza la proyección sobre la artesa. En
la Figura 4.20 se observa de la misma manera que la densidad de la mezcla de AKF-1_7
es muy baja por lo tanto justificaría de nuevo lo expuesto anteriormente. Además, se
observa como la densidad es un buen método para estimar la resistencia a compresión
del material ya que, si se compara la Figura 4.16 y la Figura 4.20, se observa como la
dosificación que presenta menor densidad tiene la menor resistencia a compresión,
estando ordenadas las dosificaciones de la misma manera que en la Figura 4.16, siendo
el orden tanto de resistencia a compresión como de densidad el siguiente: AKF-1_7, AKF-
1_5. AKF-2_7, AKF-2_5 y AR-1_3. Por último, en la Figura 4.21 se indica la porosidad de
cada una de las mezclas, observando que el comportamiento es igual que en el caso de
la densidad, las mezclas donde se obtiene mayor resistencia a compresión presentan
menor porosidad. Como se ha indicado anteriormente, tanto las propiedades mecánicas
como las propiedades físicas no dependen únicamente del material fabricado sino
también de su puesta en servicio ya que ésta modifica ampliamente las propiedades
físicas y por ende las propiedades mecánicas.
Conjuntamente se ha caracterizado físicamente las probetas de control, como en
el caso anterior para evaluar si el material base presenta distinto comportamiento que
pueda variar las propiedades mecánicas y físicas del material proyectado. Los resultados
se muestran en la Tabla A.42 hasta la Tabla A.55 del anejo A y en la Figura 4.22, Figura
4.23 y Figura 4.24 del presente apartado. Las tres propiedades físicas presentan el
mismo comportamiento que el indicado anteriormente, la absorción y la porosidad
disminuyen mientras que la densidad aumenta al aumentar el tiempo de curación. En el
caso de las probetas de control no se observa ningún comportamiento anómalo en
ninguna de las mezclas estudiadas, solo cabe destacar que la absorción y porosidad del
AR-1_3 presentan los valores más bajos respecto al resto de mezclas, siendo la densidad
la más alta, debido a esto se obtiene una mayor resistencia a compresión, como se
observa en la Figura 4.17.
La caracterización física tanto del material como de las probetas de control
resultan de gran importancia para poder estudiar el comportamiento del material y
analizar la variación en su comportamiento respecto a cada uno de los aditivos
acelerantes del fraguado empleados.
Capítulo 4 103
Sergio Ramírez Luque
Figura 4.19. Resultados absorción testigos.
Figura 4.20. Resultados densidad testigos.
0
2
4
6
8
10
12
14
16A
bso
rció
n (
%)
Absorción
1d
2d
7d
28d
1,65
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
Den
sid
ad (
g/cm
3)
Densidad
1d
2d
7d
28d
104 Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Figura 4.21. Resultados porosidad testigos.
Figura 4.22. Resultados absorción probetas control.
0
5
10
15
20
25
30P
oro
sid
ad (
%)
Porosidad
1d
2d
7d
28d
9,6
9,8
10,0
10,2
10,4
10,6
10,8
11,0
11,2
Ab
sorc
ión
(%
)
Absorción
7d
28d
Capítulo 4 105
Sergio Ramírez Luque
Figura 4.23. Resultados porosidad probetas control.
Figura 4.24. Resultados densidad probetas control.
19,5
20,0
20,5
21,0
21,5
22,0
22,5P
oro
sid
ad (
%)
Porosidad
7d
28d
1,96
1,97
1,98
1,99
2,00
2,01
2,02
2,03
2,04
2,05
Den
sid
ad (
g/cm
3)
Densidad
7d
28d
106 Conclusiones
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES
5.1. INTRODUCCIÓN
El capítulo 5 se centra en exponer las conclusiones obtenidas a lo largo de la
presente tesis. Además, se incluyen las futuras líneas de investigación que son
necesarias llevar a cabo para complementar y continuar el estudio realizado. El capítulo
se estructura en dos apartados, uno para cada uno de los puntos descritos
anteriormente.
5.2. CONCLUSIONES
Las conclusiones generales obtenidas mediante el desarrollo de la presente
campaña experimental son las siguientes:
• Las mejoras implementadas en el sistema de proyección han mejorado tanto el
propio proceso de proyección como el control que se tiene sobre el mismo. La mejora
que más destaca ha sido la implementación de la nueva bomba de aditivo y la
implementación del caudalímetro, siendo posible tener un control muy exacto en
todo momento del caudal de aditivo acelerante del fraguado que llega a la boquilla
de proyección. Además, se ha posibilitado la proyección de aditivos acelerantes del
fraguado en suspensión. Haciendo una comparativa respecto a campañas
experimentales previas, los posibles problemas que pueden surgir durante el proceso
de proyección se han reducido considerablemente, aproximadamente en un 70-75 %
gracias a las mejoras implementadas.
• El sistema de proyección junto con las modificaciones implementadas, es un sistema
capaz de reproducir de forma eficaz y representativa las proyecciones que se realizan
a pie de obra. Estando limitado a la proyección de mortero, con un tamaño máximo
de árido igual a 0,2 mm.
Capítulo 5 107
Sergio Ramírez Luque
• La dosificación empleada a lo largo de la campaña experimental se ha comportado
correctamente, pudiendo realizar la proyección de mortero sin ningún tipo de
problema y consiguiendo reducir la relación a/c al valor de interés. No obstante, para
facilitar en mayor medida el proceso de proyección y por tanto mejorar la capacidad
de bombeo y trabajabilidad de la mezcla en estado freso, es necesario aumentar el
porcentaje de aditivo superplastificante. Mediante el aumento del porcentaje de
aditivo superplastificante es posible mantener la relación a/c y mejorar el
comportamiento reológico de la mezcla, variable muy importante como se ha
comprobado en la presente tesis.
• Los ensayos planificados en la presente campaña experimental permiten caracterizar
de forma correcta los distintos aditivos acelerantes del fraguado empleados. La única
modificación que sería necesario realizar es la edad de ensayo a largo plazo, pasando
de 1, 2, 7 y 28 días, como se ha realizado en la presente tesis, a 1, 3, 7 y 28 días. Esta
modificación se justifica debido a la logística necesaria para la realización de los
ensayos y la extracción de testigos, facilitándola tanto a nivel de laboratorio como a
nivel de personal.
• Conjuntamente a los ensayos realizados es importante realizar ensayos de
calorimetrías, compresión y flexión en pastas que incorporen los distintos aditivos
acelerantes del fraguado. De esta manera es posible evaluar cómo afectan al proceso
de hidratación los distintos tipos de aditivos acelerantes del fraguado eliminando el
factor del propio proceso de proyección. Además, se elimina la elevada porosidad
que se introduce debido al propio proceso de proyección, el cual afecta de manera
significativa en las propiedades mecánicas del material resultante.
• La experiencia de la persona que realiza la puesta en obra del material, es decir, las
proyecciones de mortero, es muy importante ya que determina en gran medida las
propiedades del material resultante y por lo tanto la caracterización de los distintos
tipos de aditivos acelerantes del fraguado.
• El ensayo de velocidad de pulso ultrasónico es un ensayo no destructivo que permite
estimar de forma muy acertada la resistencia a compresión del material. De la misma
manera, los ensayos de caracterización física han resultado muy útiles para realizar
una correcta caracterización del material, así como la justificación de las bajas
propiedades mecánicas obtenidas en alguna de las dosificaciones.
• Los aditivos acelerantes del fraguado libres de álcali han demostrado ser un buen
sustituto de los aditivos ricos en álcali, demostrando que es posible realizar la
sustitución total de los aditivos ricos en álcalis por aditivos libres en álcalis,
mejorando de esta manera las condiciones de trabajo de los operarios involucrados
108 Conclusiones
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
en la puesta en servicio en obra del material. Conjuntamente se mejora el impacto
ambiental, punto muy importante teniendo en cuenta los acontecimientos actuales.
• Es necesario realizar una nueva campaña experimental para verificar los resultados
obtenidos en la presente tesis, ya que alguno de los aditivos acelerantes del fraguado
no presenta un comportamiento diferente al esperado.
5.3. FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Las futuras líneas de investigación deben centrar en dos partes claramente
diferenciadas. El primer punto y más importante, es la optimización de la dosificación
empleada en la presente tesis, con una relación a/c igual a 0,42. La optimización de la
dosificación debe centrarse en aumentar el porcentaje de aditivo superplastificante,
consiguiendo mejorar el comportamiento en estado fresco del material, su
trabajabilidad, su bombeabilidad y su comportamiento reológico, disminuyendo ambos
parámetros reológicos, viscosidad plástica y esfuerzo umbral de corte. El aumento del
porcentaje de aditivo superplastificante debe realizarse teniendo en cuenta los
resultados obtenidos a través de la realización del ensayo del cono de Mars, de esta
manera es posible conocer el punto de saturación y ajustar el porcentaje de aditivo lo
máximo posible. Conjuntamente es necesario realizar un estudio reológico de distintas
dosificaciones aumentando únicamente el porcentaje de aditivo superplastificante y
manteniendo constantes el resto de materiales presentes en la dosificación y sus
relaciones. Una vez optimizada la dosificación, es necesario realizar una segunda
campaña experimental empleando los mismos aditivos acelerantes del fraguado y el
mismo porcentaje spc. El objetivo de la segunda campaña experimental se centraría en
verificar que los resultados obtenidos en la presente campaña experimental se replican
y por lo tanto son representativos del material proyectado, siendo también
representativos de los aditivos acelerantes del fraguado libres de álcalis empleados. Una
vez verificados los resultados obtenidos se podría asegurar con mayor seguridad la
viabilidad del reemplazo total de los aditivos ricos en álcalis por aditivos libres de álcalis.
Bibliografía 109
Sergio Ramírez Luque
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112 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
ANEJO A. TABLAS RESULTADOS
Tiempo (min) Diámetro (cm) Diámetro
Medio (cm) DESVEST CV /%)
15
26,3
26,27 0,25 0,96 26,0
26,5
30
26,5
26,50 0,00 0,00 26,5
26,5
45
26,5
26,10 0,36 1,38 25,8
26,0
60
24,8
24,60 0,17 0,70 24,5
24,5
75
22,5
22,60 0,17 0,77 22,5
22,8
90
21,0
21,17 0,29 1,36 21,5
21,0
Anejo A 113
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.1. Resultados viscosímetro dosificación 1.
Etapa
Tiempo
1 min 10 min 30 min
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
1
0,105 0,19 0,177 0,19 0,23 0,19
0,15 0,28 0,226 0,28 0,286 0,28
0,195 0,37 0,286 0,37 0,361 0,37
0,25 0,46 0,346 0,46 0,421 0,46
0,314 0,55 0,406 0,55 0,509 0,55
0,376 0,63 0,474 0,63 0,587 0,63
0,37 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63
0,376 0,63 0,467 0,63 0,587 0,63
0,366 0,63 0,477 0,63 0,587 0,63
0,372 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63
2
0,375 0,63 0,477 0,63 0,587 0,63
0,37 0,63 0,479 0,63 0,598 0,63
0,37 0,63 0,482 0,63 0,587 0,63
0,37 0,63 0,482 0,63 0,596 0,63
0,301 0,55 0,415 0,55 0,515 0,55
0,248 0,46 0,346 0,46 0,444 0,46
0,195 0,37 0,286 0,37 0,376 0,37
0,15 0,28 0,241 0,28 0,313 0,28
0,105 0,19 0,195 0,19 0,256 0,19
0,391 0,66 0,497 0,66 0,602 0,66
114 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.2. Resultados viscosímetro dosificación 2.
Etapa
Tiempo
1 min 10 min 30 min
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
1
0,527 0,19 0,736 0,19 1,434 0,19
0,693 0,28 0,904 0,28 1,732 0,28
0,843 0,37 1,083 0,37 2,031 0,37
1,023 0,46 1,292 0,46 2,35 0,46
1,199 0,55 1,476 0,55 2,679 0,55
1,401 0,63 1,747 0,63 2,998 0,63
1,401 0,63 1,762 0,63 3,013 0,63
1,414 0,63 1,762 0,63 3,028 0,63
1,416 0,63 1,79 0,63 3,058 0,63
1,425 0,63 1,793 0,63 3,078 0,63
2
1,431 0,63 1,808 0,63 3,104 0,63
1,431 0,63 1,823 0,63 3,134 0,63
1,437 0,63 1,823 0,63 3,164 0,63
1,446 0,63 1,857 0,63 3,194 0,63
1,22 0,55 1,612 0,55 2,765 0,55
1,014 0,46 1,321 0,46 2,29 0,46
0,828 0,37 1,084 0,37 1,883 0,37
0,663 0,28 0,843 0,28 1,506 0,28
0,467 0,19 0,693 0,19 1,22 0,19
1,461 0,66 1,823 0,66 3,022 0,66
Anejo A 115
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.3. Resultados viscosímetro dosificación 3.
Etapa
Tiempo
1 min 10 min 30 min
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
Torque
(N∙m)
Velocidad
de Rotación
(rps)
1
0,195 0,19 0,271 0,19 0,406 0,19
0,254 0,28 0,331 0,28 0,497 0,28
0,301 0,37 0,39 0,37 0,587 0,37
0,346 0,46 0,467 0,46 0,678 0,46
0,406 0,55 0,539 0,55 0,768 0,55
0,467 0,63 0,617 0,63 0,858 0,63
0,467 0,63 0,617 0,63 0,867 0,63
0,467 0,63 0,617 0,63 0,869 0,63
0,467 0,63 0,62 0,63 0,873 0,63
0,468 0,63 0,626 0,63 0,873 0,63
2
0,467 0,63 0,623 0,63 0,883 0,63
0,48 0,63 0,632 0,63 0,889 0,63
0,47 0,63 0,632 0,63 0,889 0,63
0,479 0,63 0,632 0,63 0,87 0,63
0,415 0,55 0,534 0,55 0,738 0,55
0,361 0,46 0,467 0,46 0,632 0,46
0,296 0,37 0,406 0,37 0,512 0,37
0,241 0,28 0,316 0,28 0,406 0,28
0,195 0,19 0,269 0,19 0,331 0,19
0,497 0,66 0,647 0,66 0,904 0,66
116 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.4. Resultados flujo calor normalizado ensayo de calorimetrías.
Dosificación
Tiempo
Primer Pico
(h)
Flujo Calor
Primer Pico
(mW/g
cem)
Tiempo
Segundo
Pico
Flujo Calor
Segundo
Pico (mW/g
cem)
CEMI_AKF-1_5 0,06 18,52 8,26 4,07
CEMI_AKF-1_7 0,05 28,42 6,94 4,30
CEMI_AKF-2_5 0,05 23,52 8,51 5,24
CEMI_AKF-2_7 0,05 36,66 8,26 5,30
CEMI_AR-1_3 0,02 7,82 5,07 5,37
CEMI_CONTROL 0,02 7,88 10,02 4,50
Tabla A.5. Resultado ensayo resistencia a compresión indirecta.
Resistencia Compresión Indirecta (MPa)
Tiempo
Ensayo (h) CEMI_AKF-1_5 CEMI_AKF-1_7 CEMI_AKF-2_5 CEMI_AKF-2_7 CEMI_AR-1_3
6 2,51 6,96 2,10 7,73 6,11
12 9,99 11,77 17,84 17,10 19,00
24 17,25 16,80 19,43 18,94 20,38
38 22,57 16,71 22,63 19,73 20,82
Tabla A.6. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_5.
CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días)
Velocidad
Impulso (km/s) Desvest CV (%)
1 3,45 0,15 4,31
2 3,72 0,05 1,26
7 3,89 0,04 1,10
28 4,00 0,06 1,38
Anejo A 117
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.7. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-1_7.
CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días)
Velocidad
Impulso (km/s) Desvest CV (%)
1 3,35 0,05 1,51
2 3,55 0,06 1,60
7 3,79 0,07 1,80
28 3,81 0,05 1,39
Tabla A.8. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_5.
CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días)
Velocidad
Impulso (km/s) Desvest CV (%)
1 3,73 0,06 1,64
2 3,90 0,02 0,50
7 3,90 0,03 0,74
28 3,94 0,03 0,75
Tabla A.9 Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AKF-2_7.
CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días)
Velocidad
Impulso (km/s) Desvest CV (%)
1 3,68 0,06 1,72
2 3,86 0,06 1,68
7 3,85 0,11 2,81
28 3,95 0,03 0,87
118 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.10. Resultados ensayo velocidad de pulso ultrasónico CEMI_AR-1_3.
CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días)
Velocidad
Impulso (km/s) Desvest CV (%)
1 3,72 0,02 0,49
2 3,82 0,05 1,35
7 3,83 0,10 2,56
28 3,87 0,01 0,38
Tabla A.11. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_5.
CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
1 11,21 1,52 13,54
2 15,92 3,48 21,88
7 26,32 3,30 12,54
28 26,29 5,49 20,89
Tabla A.12. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-1_7.
CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
1 8,36 1,10 13,14
2 10,58 2,48 23,40
7 15,14 3,21 21,23
28 15,39 3,51 22,82
Anejo A 119
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.13. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-2_5.
CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
1 27,36 2,05 7,50
2 28,46 7,43 26,11
7 38,32 4,86 12,69
28 33,43 3,02 9,05
Tabla A.14. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AKF-2_7.
CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
1 18,91 2,39 24,38
2 26,26 0,53 3,90
7 28,92 1,92 12,83
28 27,48 2,80 10,18
Tabla A.15. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CEMI_AR-1_3.
CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
1 28,82 1,32 4,57
2 31,33 2,56 8,17
7 38,11 1,46 3,84
28 34,83 3,68 10,57
120 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.16. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_5.
CON_CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
7 65,08 1,06 1,63
28 74,33 - -
Tabla A.17. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-1_7.
CON_CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
7 62,37 1,02 1,64
28 70,27 3,02 2,68
Tabla A.18. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-2_5.
CON_CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
7 63,85 3,04 4,77
28 71,79 2,83 3,94
Tabla A.19. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AKF-2_7.
CON_CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
7 63,97 0,47 0,74
28 72,57 1,40 1,93
Anejo A 121
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.20. Resultado ensayo resistencia a compresión testigos CON_CEMI_AR-1_3.
CON_CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) σ (Mpa) Desvest CV (%)
7 67,66 3,20 4,74
28 77,57 5,06 6,52
Tabla A.21. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_5.
CON_CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)
7 7,92 1,43 18,06
28 6,15 - -
Tabla A.22. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-1_7.
CON_CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)
7 8,52 0,74 20,35
28 9,75 0,40 9,54
Tabla A.23- Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_5.
CON_CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)
7 6,18 1,00 16,18
28 10,55 0,31 2,97
122 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.24. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AKF-2_7.
CON_CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)
7 9,96 0,16 1,61
28 10,35 1,31 12,68
Tabla A.25. Resultado ensayo resistencia a flexión testigos CON_CEMI_AR-1_3.
CON_CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) fct (Mpa) Desvest CV (%)
7 6,53 0,74 11,35
28 11,42 1,73 15,19
Tabla A.26. Resultado absorción CEMI_AKF-1_5.
CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
1 12,46 0,30 2,43
2 13,38 0,75 5,62
7 12,33 0,55 4,49
28 11,87 0,38 3,23
Tabla A.27. Resultado absorción CEMI_AKF-1_7.
CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
1 14,94 0,89 5,96
2 14,67 0,71 4,83
7 15,07 0,63 4,15
28 15,02 1,57 10,47
Anejo A 123
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.28. Resultado absorción CEMI_AKF-2_5.
CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
1 11,84 0,10 0,82
2 11,67 0,12 1,04
7 11,52 0,14 1,22
28 11,26 0,12 1,03
Tabla A.29. Resultado absorción CEMI_AKF-2_7.
CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
1 12,72 0,22 1,69
2 12,58 0,03 0,27
7 12,57 0,36 2,87
28 12,43 0,91 7,31
Tabla A.30. Resultado absorción CEMI_AR-1_3.
CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
1 11,95 0,15 1,29
2 11,70 0,14 1,20
7 11,40 0,36 3,20
28 11,10 0,11 1,01
124 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.31. Resultado densidad CEMI_AKF-1_5.
CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
1 1,95 0,02 1,05
2 1,91 0,03 1,49
7 1,96 0,02 0,97
28 1,96 0,02 1,09
Tabla A.32. Resultado densidad CEMI_AKF-1_7.
CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
1 1,85 0,04 2,04
2 1,87 0,03 1,68
7 1,85 0,02 1,26
28 1,80 0,07 4,07
Tabla A.33. Resultado densidad CEMI_AKF-2_5.
CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
1 1,99 0,01 0,38
2 2,00 0,01 0,26
7 1,99 0,01 0,50
28 2,01 0,01 0,27
Anejo A 125
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.34. Resultado densidad CEMI_AKF-2_7.
CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
1 1,94 0,01 0,39
2 1,94 0,01 0,53
7 1,94 0,02 0,98
28 1,96 0,04 2,10
Tabla A.35. Resultado densidad CEMI_AR-1_3.
CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
1 2,03 0,02 0,84
2 2,04 0,01 0,51
7 2,04 0,03 1,31
28 2,05 0,01 0,46
Tabla A.36. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5.
CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
1 24,32 0,37 1,54
2 25,65 1,07 4,15
7 24,14 0,89 3,69
28 23,28 0,53 2,29
126 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.37. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_7.
CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
1 27,64 1,06 3,84
2 27,41 0,91 3,31
7 27,89 0,82 2,93
28 27,00 1,75 6,48
Tabla A.38. Resultado porosidad CEMI_AKF-2_5.
CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
1 23,62 0,16 0,67
2 23,37 0,19 0,80
7 22,97 0,21 0,91
28 22,72 0,20 0,87
Tabla A.39. Resultado porosidad CEMI_AKF-2_7.
CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
1 24,73 0,33 1,34
2 24,40 0,10 0,43
7 24,39 0,61 2,50
28 24,37 1,33 5,44
Anejo A 127
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.40. Resultado porosidad CEMI_AR-1_3.
CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
1 24,36 0,26 1,05
2 23,87 0,28 1,19
7 23,23 0,45 1,93
28 22,85 0,16 0,71
Tabla A.41. Resultado porosidad CEMI_AKF-1_5.
CON_CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
7 10,95 0,26 2,37
28 10,44 0,16 1,57
Tabla A.42. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-1_7.
CON_CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
7 10,78 0,11 1,05
28 10,13 0,09 0,91
Tabla A.43. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-2_5.
CON_CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
7 10,54 0,15 1,40
28 10,36 0,13 1,22
128 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.44. Resultado absorción CON_CEMI_AKF-2_7.
CON_CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
7 10,72 0,15 1,38
28 10,53 0,12 1,10
Tabla A.45. Resultado absorción CON_CEMI_AR-1_3.
CON_CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) Absorción (%) Desvest CV (%)
7 10,20 0,10 1,01
28 10,20 0,15 1,46
Tabla A.46. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_5.
CON_CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
7 2,00 0,02 1,01
28 2,02 0,00 0,21
Tabla A.47. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-1_7.
CON_CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
7 2,00 0,01 0,55
28 2,02 0,01 0,67
Tabla A.48. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-2_5.
CON_CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
7 2,00 0,01 0,67
28 2,00 0,01 0,67
Anejo A 129
Sergio Ramírez Luque
Tabla A.49. Resultado densidad CON_CEMI_AKF-2_7.
CON_CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
7 1,99 0,01 0,28
28 2,02 0,03 1,62
Tabla A.50. Resultado densidad CON_CEMI_AR-1_3.
CON_CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días)
Densidad
(g/cm3) Desvest CV (%)
7 2,03 0,00 0,25
28 2,04 0,01 0,42
Tabla A.51. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_5.
CON_CEMI_AKF-1_5
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
7 21,91 0,32 1,45
28 21,15 0,29 1,36
Tabla A.52. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-1_7.
CON_CEMI_AKF-1_7
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
7 21,63 0,31 1,44
28 20,52 0,18 0,88
Tabla A.53. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-2_5.
CON_CEMI_AKF-2_5
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
7 21,12 0,22 1,02
28 20,73 0,15 0,73
130 Tablas Resultados
Optimización y mejora del control de la proyección de mortero en laboratorio.
Tabla A.54. Resultado porosidad CON_CEMI_AKF-2_7.
CON_CEMI_AKF-2_7
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
7 21,39 0,24 1,12
28 21,27 0,34 1,61
Tabla A.55. Resultado porosidad CON_CEMI_AR-1_3.
CON_CEMI_AR-1_3
Tiempo Curado
(días) Porosidad (%) Desvest CV (%)
7 20,72 0,17 0,82
28 20,86 0,24 1,15